Гипотеза о метангидратном ружье

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Гипотеза о метангидратном ружье (англ. clathrate gun hypothesis) — обобщённое наименование для серии гипотез о том, что растущая температура океана (и/или падение его уровня) может запустить внезапное высвобождение метана из отложений гидратов метана под морским дном, что, ввиду того, что метан является сильным парниковым газом, в свою очередь приведёт к дальнейшему росту температур и дальнейшей дестабилизации гидратов метана — в результате запуская самоусиливающийся процесс, в той же мере неостановимый, как уже начавшийся выстрел из ружья[1].

В своей исходной форме гипотеза предполагает, что «метангидратное ружьё» может привести к самоусиливающемуся внезапному глобальному потеплению в течение времени, меньшего, чем время человеческой жизни,[1] и могло быть причиной периодов потепления в течение и в конце последнего ледникового периода.[2] Это предположение впоследствии не подтвердилось[3][4]. Однако ряд более поздних исследований показывает, что самоусиливающееся разложение метангидратов могло приводить к резким изменениям океана и атмосферы Земли несколько раз в прошлом в течение промежутков времени в десятки тысяч лет; наиболее заметно среди этих событий массовое пермское вымирание, произошедшее 251 миллион лет назад, когда вымерло 96 % видов земных организмов.[5]

Механизм[править | править исходный текст]

Метановые гидраты представляют собой водяной лёд, который содержит в своей кристаллической решётке много метана. Огромное количество гидрата метана было найдено под отложениями под океанским дном по всей Земле. Внезапное высвобождение большого количества природного газа из газовых гидратов может быть причиной прошлых, будущих и нынешних климатических изменений. Главный результат высвобождения метана — это рост температуры. Считается, что это было основным фактором потепления на 6 °C во время пермского вымирания, поскольку метан является гораздо более сильным парниковым газом, чем CO2 (несмотря на то, что время жизни метана в атмосфере только 12 лет, он имеет потенциал глобального потепления 62 в течение 12 лет и 23 в течение 100 лет). Теория также предполагает, что высвобождение метана приведёт к снижению доступного количества кислорода в атмосфере.

Возможные события, связанные с высвобождением гидратов метана[править | править исходный текст]

Два события, вероятно связанные с этим — это массовое пермское вымирание и позднепалеоценовый термальный максимум. Такое высвобождение могло также сыграть свою роль во внезапном разогреве целиком замёрзшей Земли (Земля-снежок) 630 млн лет назад.[6] Однако потепление в конце последнего ледникового периода считается не связанным с высвобождением метана.

Пермское вымирание[править | править исходный текст]

В 2002 году в документальном фильме BBC «День, когда Земля чуть не погибла» (The Day the Earth Nearly Died) были просуммированы последние открытия и гипотезы относительно пермского вымирания. Пол Вигнал исследовал пермские отложения в Гренландии, где присутствуют скальные слои, лишённые морской жизни, толщиной в десятки метров. Благодаря такой широкой шкале он смог вычислить время событий более точно и установить, что вымирание длилось примерно 80 000 лет. Оно отражено в трёх различных слоях с разными остатками растений и животных. Данное вымирание, судя по всему, убило морскую и наземную жизнь в разное время. Два периода вымираний наземной жизни разделены одним коротким периодом полного вымирания морской жизни. Однако этот процесс выглядит слишком долгим, чтобы его можно было списать на падение астероида. Наилучшим ключом к разгадке стал баланс изотопов углерода в скалах, который показал увеличение содержания углерода-12 с течением времени. Стандартное объяснение такого скачка — гниение растений — выглядело недостаточным.

Геолог Джерри Дикенс предположил, что большое количество углерода-12 могло высвободиться благодаря разложению замёрзших гидратов метана с морского дна. Эксперименты, проведённые для оценки необходимого роста температур в глубинах океанов, показали, что достаточно будет роста на 5 °C, чтобы запустить процесс разложения.

Похожий механизм: высвобождение растворённого метана[править | править исходный текст]

Джордж Рёскин, исследуя границу перми и триаса[7], исследовал возможность того, что массовые вымирания связаны с исключительно быстрым (взрывным) выделением растворённого метана (и других растворённых газов, таких как углекислый газ и сероводород), которые скапливаются в океанических водах, подверженных застою и аноксии.

Современное состояние дел[править | править исходный текст]

Благодаря тому, что нынешние уровни CO2 растут в сторону 400 ppm, дестабилизация гидратов метана может стать неконтролируемым механизмом с положительной обратной связью, который приведёт к опасному увеличению температур. К счастью, большая часть гидратов залегает чересчур глубоко, чтобы быстро среагировать на изменение температуры, и исследование, проведённое Арчером в 2007 г., предполагает, что высвобождение метана внесёт лишь небольшой вклад в общий парниковый эффект.[8] Залежи гидратов метана дестабилизируются начиная с самой глубокой части их зоны стабильности, которая обычно находится в сотнях метров под дном моря.

Значительное и постоянное увеличение температуры океана в конце концов приведёт к нагреву отложений под морским дном и, как следствие, к распаду самых глубоких слоёв гидратов метана, но на это потребуются несколько тысячелетий или даже больше.[8] Одним исключением могут быть гидраты метана в Северном Ледовитом океане, где они могут существовать в более мелких водах, будучи стабилизированными низкими температурами, а не высоким давлением; и могут быть на грани стабильности на меньшей глубине под океанским дном, будучи стабилизированы «крышкой» из вечной мерзлоты, предотвращающей высвобождение метана.

Недавние исследования, проведённые в Сибирской Арктике, показали, что уже высвободились миллионы тонн метана — по-видимому, за счёт разрывов в вечной мерзлоте на морском дне.[9]. В результате этого его концентрация в некоторых регионах выросла более чем в 100 раз.[10] Избыток метана был обнаружен в отдельных местах в месте впадения реки Лены и на границе между Морем Лаптевых и Восточно-сибирским морем. Часть плавления может быть результатом геологического нагрева, но большая часть таяния, по-видимому, связана со значительно увеличившимся объёмом талых вод, сбрасываемых сибирскими реками, текущими на север.[11] Современный уровень выбросов метана ранее оценивался как 0,5 мегатонны в год.[12] Шахова и др. (2008) оценивает, что не менее 1400 гигатонн углерода в настоящий момент заперто в виде метана и гидратов метана под арктической подводной вечной мерзлотой, и 5—10 процентов от этого количества тает через открытые проталины в этой вечной мерзлоте. Они приходят к выводу, что «резкое высвобождение вплоть до 50 гигатонн гидратов весьма вероятно в любой момент». Это увеличит содержание метана в атмосфере в 12 раз.[13][14]. Это будет эквивалентно по парниковому эффекту удвоению текущего уровня CO2.

В 2008 году США определили потенциальную дестабилизацию гидратов метана в Арктике как один из четырёх наиболее серьёзных сценариев климатических изменений, которые должны исследоваться приоритетным образом.[15]

Возможные последствия[править | править исходный текст]

Согласно Джорджу Рёскину, внезапное высвобождение метана (подобное лимнологической катастрофе на озере Ниос) из толщи океанских вод может привести как к глобальному потеплению, так и к глобальному похолоданию. Взрыв и горение метана приведут к образованию большого количества смога и пыли, которые приведут к глобальному похолоданию. Метан и углекислота, наоборот, приведут к глобальному потеплению. Профессор Рёскин пишет, что трудно предсказать, какое из явлений пересилит. При этом Рёскин отмечает, что вопрос о том, сколько метана растворено в воде на большой глубине океана, нуждается в дальнейшем изучении. Примером застойного бассейна, в котором накапливаются газы (сероводород) и наблюдается аноксия, является Чёрное море.

Последствия взрыва океана за счёт метана будут катастрофическими для наземной жизни. Образно говоря, взрывающийся регион «вскипает», выбрасывая огромные количества метана и других газов (углекислоты, сероводорода) в атмосферу, и заливая большие поверхности суши. Хотя чистый метан легче воздуха, метан, нагруженный каплями воды — тяжелее воздуха, и в силу этого распространяется по поверхности Земли, смешиваясь с воздухом и (теряя воду) в форме дождя. Смесь метана и воздуха взрывоопасна при концентрациях от 5 до 15 процентов. Если такая смесь образуется около поверхности Земли и воспламенится молнией, то взрывы и пожары уничтожат большую часть наземной жизни, также приведя к выделению большого количества углекислоты. Огненные штормы направят смог и пыль в верхние слои атмосферы, где они сохранятся в течение нескольких лет. Как следствие, затемнение атмосферы и глобальное похолодание могут быть дополнительным негативным эффектом. И наоборот, углекислота и оставшийся метан создают дополнительный парниковый эффект, который может привести к глобальному потеплению. Результат соревнования между охлаждением и нагреванием предсказать трудно.[1]

В фантастике[править | править исходный текст]

  • В книге «Мать бурь» (англ. Mother of Storms) Джон Барнс (англ.) предлагает фантастический пример катастрофических климатических изменений, вызванных выделением метана.
  • В аниме-сериале «Эрго Прокси» резкое выделение гидрата метана со дна океана привело к вымиранию 85 % живых существ на Земле.

Примечания[править | править исходный текст]

  1. 1 2 James P. Kennett, Kevin G. Cannariato, Ingrid L. Hendy, and Richard J. Behl, (2003) Methane Hydrates in Quaternary Climate Change: The Clathrate Gun Hypothesis, Washington, DC: American Geophysical Union. ISBN 0-87590-296-0
  2. James P. Kennett, Kevin G. Cannariato, Ingrid L. Hendy, Richard J. Behl (2000), Carbon Isotopic Evidence for Methane Hydrate Instability During Quaternary Interstadials, Science 288 (5463: Apr 7), 128—133 DOI:10.1126/science.288.5463.128
  3. Todd Sowers (2006), Late Quaternary Atmospheric CH4 Isotope Record Suggests Marine Clathrates Are Stable, Science 311 (5762: Feb 10), 838—840 DOI:10.1126/science.1121235
  4. Hinrich Schaefer, Michael J. Whiticar, Edward J. Brook, Vasilii V. Petrenko, Dominic F. Ferretti, Jeffrey P. Severinghaus (2006), Ice Record of 13C for Atmospheric CH4 Across the Younger Dryas-Preboreal Transition, Science, 313 (5790: Aug 25) 1109—1112 DOI:10.1126/science.1126562
  5. The Day The Earth Nearly Died, BBCHorizon, 2002
  6. Martin Kennedy, David Mrofka and Chris von der Borch (2008), Snowball Earth termination by destabilization of equatorial permafrost methane clathrate, Nature 453 (29 May), 642—645
  7. Gregory Ryskin. «Methane-driven oceanic eruptions and mass extinctions». Geology (September 2003; v. 31; no. 9): 741–744.
  8. 1 2 Archer, D. (2007). «Methane hydrate stability and anthropogenic climate change». Biogeosciences 4 (4): 521-544. См. также blog summary.
  9. Compare: Methane bubbling through seafloor creates undersea hills, Monterey Bay Aquarium Research Institute, 5 February 2007
  10. Steve Connor, Exclusive: The methane time bomb, The Independent, 23 September 2008
  11. Translation of a blog entry by Örjan Gustafsson, expedition research leader, 2 September 2008
  12. N. Shakhova, I. Semiletov, A. Salyuk, D. Kosmach, and N. Bel’cheva (2007), Methane release on the Arctic East Siberian shelf, Geophysical Research Abstracts, 9, 01071
  13. N. Shakhova, I. Semiletov, A. Salyuk, D. Kosmach (2008), Anomalies of methane in the atmosphere over the East Siberian shelf: Is there any sign of methane leakage from shallow shelf hydrates?, EGU General Assembly 2008, Geophysical Research Abstracts, 10, EGU2008-A-01526
  14. Volker Mrasek, A Storehouse of Greenhouse Gases Is Opening in Siberia, Spiegel International Online, 17 April 2008
  15. U.S. National Labs Probe Abrupt Climate Change. Environment News Service (22 сентября 2008). Архивировано из первоисточника 19 марта 2012.

См. также[править | править исходный текст]

Ссылки[править | править исходный текст]