Международная группа ученых из восьми стран с участием сотрудника ИМЗ СО РАН выяснила, что связь между потеплением и эмиссией метана сложнее, чем казалось раньше
Международный коллектив ученых из восьми стран, куда входил и
сотрудник Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН
(Якутск), исследовал процессы образования и окисления метана в
одном из термокарстовых озер Севера. Данные, изложенные
в статье, которая
вышла в журнале Scientific Reports,
позволяют расширить знания о том, как может происходить выделение
и поглощение этого парникового газа в водных экосистемах Арктики,
сообщает издание «Наука в Сибири».
В связи с потеплением климата многолетняя мерзлота, занимающая
значительную территорию нашей страны, деградирует. Эти процессы
приводят к тому, что, во-первых, изменяется сам рельеф местности:
почва проседает, поскольку лед внутри нее превращается в воду.
Так образуются болота и термокарстовые озера. Во-вторых,
органика, находящаяся в многолетнемерзлых породах, под действием
тепла начинает разлагаться и выделять в том числе метан — один из
парниковых газов.
«Вообще, СН4 — очень актуальная тема в последние 20—25 лет,
— говорит один из авторов статьи ведущий научный сотрудник ИМЗ СО
РАН кандидат географических наук Никита Иванович Тананаев. —
Особенно это касается того метана, что попадает в атмосферу из
озер и болот, которые являются, можно сказать, его родиной. Важно
понять, откуда берется СН4 в приповерхностной зоне водоема,
как в этот слой (он называется эпилимнион) переносится и куда
уходит в дальнейшем».
Ученых, которые занимаются этой тематикой, интересует биогенный
метан — то есть тот, который главным образом производится
бактериями в анаэробных (при отсутствии кислорода) условиях.
Именно такой средой являются донные отложения озер. «Вообще,
самая первая гипотеза по этому поводу была следующей: метан
вырабатывается там, затем путем диффузии или пузырькового
транспорта доходит до поверхности и частично поедается
бактериями-метанотрофами, а частично — вылетает в атмосферу», —
объясняет Никита Тананаев. Однако позже выяснилось, что не весь
СН4 имеет своим источником донные отложения: частично он
может вырабатываться бактериями непосредственно в эпилимнионе, а
частично — поступать в озера с притоком воды. Со временем стали
понятны и другие процессы, которые происходят внутри водоемов и
тоже участвуют в цикле метана.
«В итоге так и возникла идея нашего исследования — выбрать
несколько озер в разных мерзлотных условиях, взять образцы,
провести измерения, попробовать оценить происходящее в толще воды
по данным как полевых измерений, так и лабораторных результатов,
— рассказывает Никита Тананаев. — В число измеряемых параметров
вошли: концентрации растворенного кислорода, метана, углекислого
газа, растворенного углерода, изотопный состав углерода и
водорода в метане и СО2, видовой состав архей (микроорганизмов,
которые потребляют или выделяют СН4). Дальше мы моделировали
процесс вертикального переноса метана и сравнивали с фактическими
данными, чтобы понять, в чем причина ошибок моделирования, какие
процессы и за что могут отвечать».
По словам ученого, озеро было выбрано совершенно случайным
образом: оно было типичным для водоемов такого происхождения, и в
его развитии основную роль играет таяние вечной мерзлоты.
«Сначала коллеги его назвали “Никита”, в мою честь, но потом для
публикации все-таки передумали», — улыбается исследователь.
Самое важное, что удалось показать специалистам: весь метан в
эпилимнионе озера выработан в нем же или поступил с боковым
притоком воды. Со дна не поднялось нисколько СН4, он весь
окислился бактериями, далеко не достигнув поверхности. «Кроме
того, есть еще интересные результаты: во-первых, оказалось, что
ниже четырех метров в озере отсутствует растворенный кислород;
во-вторых, в интервале глубин от четырех до шести метров
отсутствует и растворенный метан; в-третьих, оказалось, что
СН4 в бескислородной части озера потребляют аэробные
метанокисляющие бактерии, а не анаэробные», — говорит Никита
Тананаев.
Он приводит абсолютные величины. Если говорить про общий
бюджет метана в озере, то получается, что в самый нижний слой
(гиполимнион) поступает около 113 микромоль СН4 в час с
квадратного метра площади. Еще 498 микромоль производится археями
в водной толще гиполимниона — итого 611 микромоль в час. Весь
этот объем потребляется в верхней части металимниона
(промежуточного слоя воды). Причем, как выяснилось, метан
перерабатывается в основном аэробными метанотрофами, которые
оказываются активны в бескислородных водах. «Возможно, весь
кислород в гиполимнионе как раз потребляется этими бактериями,
поэтому он и отсутствует в воде, — комментирует Никита Тананаев.
— Однако весь метан, который находится в приповерхностной зоне,
выделяется в атмосферу, но это составляет около 56 микромоль в
час с квадратного метра, то есть на порядок меньше, чем
вырабатывается в гиполимнионе».
Специалист отмечает, что пока неясно, с чем связаны эти
особенности цикла метана в конкретном изученном озере. Чтобы
понять, частный ли это случай или закономерность, нужны
дальнейшие исследования, а также определенные характеристики
водоема. Он должен быть достаточно глубоким, чтобы арктическим
летом в нем могла развиться устойчивая и выраженная стратификация
— разделение на резко отличающиеся по своим свойствам слои.
«Раньше считалось, будто деградация вечной мерзлоты будет
обязательно приводить к увеличению выбросов метана из
термокарстовых озер, а наша статья показывает, что эмиссия
СН4 может регулироваться внутренним циклом этого газа в
самом озере, и связь между потеплением и эмиссией метана сложнее,
чем казалось раньше», — подчеркивает Никита Тананаев.
Иллюстрация: Термокарстовые озера на Енисейском
Севере
Источник: www.sbras.info
Источник: scientificrussia.ru
