Глубоко под поверхностью океана морское дно содержит большое количество естественных ледяных отложений, состоящих из воды и концентрированного газообразного метана. В течение десятилетий ученые-климатологи задавались вопросом, может ли этот резервуар гидрата метана "растаять" и высвободить огромное количество метана в океан и атмосферу по мере повышения температуры океана.

Новое исследование ученых из Университета Рочестера, Геологической службы США и Калифорнийского университета в Ирвине является первым, которое непосредственно показывает, что метан, выделяющийся при разложении гидратов, не попадает в атмосферу.

Исследователи, в том числе Джон Кесслер, профессор кафедры наук о Земле и окружающей среде, и Донджу Чжун, бывший научный сотрудник лаборатории Кесслера, а ныне доцент кафедры океанографии Пусанского национального университета в Корее, провели исследование в регионах средних широт - субтропических районах Земли. и умеренных зонах.

В то время как стабильность резервуара гидрата метана чувствительна к изменениям температуры, "в регионах средних широт, где проводилось это исследование, мы не видим признаков выброса гидрата метана в атмосферу", - говорит Йонг, первый автор исследования, опубликованного в Nature Geoscience.

Как образуются, стабилизируются и разлагаются гидраты метана

Запертый в ледяных гидратах метана, метан не оказывает никакого влияния на климат. Но выбрасываемый в атмосферу, он действует как мощный газ, улавливающий тепло. Сегодняшняя атмосфера содержит метан, выделяемый в результате деятельности человека, такой как добыча и использование ископаемого топлива, сельское хозяйство и свалки, а также метан, выделяемый естественным путем из водно—болотных угодий, лесных пожаров, водной среды, прибрежных зон и просачивания на сушу.

Океанические отложения представляют собой огромные хранилища древних запасов природного метана в форме гидратов метана.

"Количество метана, заключенного в газовых гидратах во всем мире, ошеломляет", - говорит Янг.

Ученые выдвинули гипотезу, что высвобождение даже части этого резервуара может значительно усугубить изменение климата.

Кесслер говорит: "Представьте, что пузырь в вашем аквариуме поднимается от дна к верху, взрывается и выбрасывает все, что было в этом пузырьке, в воздух над ним — именно так многие люди рассматривали, как разложение гидратов может способствовать потеплению в нашем мире".

Газовые гидраты образуются там, где метан и вода встречаются в условиях высокого давления и низкой температуры. В частях океана, расположенных в умеренных и субтропических средних широтах, гидраты могут оставаться стабильными только на глубинах ниже 500 метров (примерно 1640 футов) под поверхностью моря. Как правило, гидраты становятся более стабильными, чем глубже они находятся под поверхностью моря.

Это означает, что верхняя граница стабильности для гидратов метана — 500 метров — является "сладким местом". Он наиболее подвержен таянию при повышении температуры морской воды, и это самое короткое расстояние, которое должен был бы преодолеть пузырь "предварительно гидратированного" метана, прежде чем достичь атмосферы.

Но даже в этом прекрасном месте исследователи не обнаружили признаков выброса гидратного метана в атмосферу.

Снятие отпечатков пальцев с источника метана

Чтобы провести свое исследование, исследователи измерили уникальные изотопные "сигнатуры" океанического метана в образцах морской воды, которые они собрали с различных глубин в среднеширотных регионах как Атлантического, так и Тихого океанов. Это позволило им напрямую определить происхождение метана в морской воде.

Чтобы провести хотя бы одно измерение, им требуется огромное количество воды — один образец включает в себя около двух тысяч галлонов морской воды. Исследователи использовали гигантский всасывающий шланг для сбора образцов и применили новую технику, разработанную их командой, которая включает извлечение метана из каждого образца. Исследователи спрессовали метан в баллоны, которые затем принесли обратно в лабораторию Кесслера в университетском городке Ривер, чтобы подготовить к анализу.

Как задокументировали исследователи, древний метан высвобождается с морского дна. Однако они обнаружили незначительное количество этого древнего метана в поверхностных водах. Основываясь на более ранних исследованиях, они пришли к выводу, что этот газообразный метан сначала растворяется в более глубоких водах, а затем океанические микробы разлагают метан, превращая его в углекислый газ, прежде чем он покинет воду.

Предыдущая работа группы Кесслера и других ученых показала, что эти процессы активны в регионах средних широт и что аналогичные процессы помогли смягчить последствия выброса метана во время разлива нефти Deepwater Horizon.

Углекислый газ, хотя и является парниковым газом, "может быть включен в другие углеродные резервуары в морской воде", - говорит Кесслер. Хотя часть углекислого газа также может быть выброшена в атмосферу, это произойдет в гораздо более длительных временных масштабах — тысячи лет — и потепление не будет таким острым.

Новое исследование основано на предыдущей работе в лаборатории Кесслера, посвященной гидратам метана в Северном Ледовитом океане. Арктические воды - еще одно привлекательное место для изучения гидратов, потому что низкая температура означает, что гидраты дестабилизируются в более мелких водах, где им нужно преодолеть небольшое расстояние, чтобы достичь атмосферы.

Кесслер называет эти результаты "хорошими новостями", но новостями, которые подчеркивают, что работа еще предстоит. "Это говорит нам о том, что для сокращения источников выброса метана в атмосферу мы можем сосредоточить больше внимания на снижении антропогенных выбросов", - говорит он.