Гипотеза о метангидратном ружье

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Гипотеза о метангидратном ружье (англ. clathrate gun hypothesis) — обобщённое наименование для серии ошибочных[1] 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[2].

В своей исходной форме гипотеза предполагает, что «метангидратное ружьё» может привести к самоусиливающемуся внезапному глобальному потеплению в течение времени, меньшего, чем время человеческой жизни,[2] и могло быть причиной периодов потепления в течение и в конце последнего ледникового периода.[3] Это предположение впоследствии не подтвердилось[4][5]. 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 % всех морских видов и 73 % наземных видов позвоночных.[6]

Механизм[править | править код]

Метановые гидраты представляют собой твёрдое вещество, образуемое при взаимодействии природного газа и воды при определённых температурных условиях и давлении, которое 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 могло быть причиной прошлых, может быть 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 (по сравнению с углекислым газом СО2) 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 код]

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.[7] Однако потепление в конце последнего ледникового периода считается не связанным с высвобождением метана.

Пермское вымирание[править | править код]

В 2002 году в документальном фильме BBC «День, когда Земля чуть не погибла» (The Day the Earth Nearly Died Архивная копия от 9 мая 2020 на Wayback Machine) 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 код]

Джордж Рёскин, исследуя границу перми и триаса[8], 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[править | править код]

Благодаря тому, что нынешние уровни CO2 уже превысили 400 ppm и продолжают расти с постепенным ускорением[9], 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 году, предполагает, что высвобождение метана внесёт лишь небольшой вклад в общий парниковый эффект.[10] 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.[10] 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.[11]. В результате этого его концентрация в некоторых регионах выросла более чем в 100 раз.[12] 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.[13] Современный уровень выбросов метана ранее оценивался как 0,5 мегатонны в год.[14] 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.[15][16]. 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.[17] Как отметила та же Шахова в 2015 году, в то время как на участках мирового океана за пределами России влияние деградации подводной вечной мерзлоты только начинается, именно на сибирском шельфе оно приняло угрожающий масштаб[18].

По состоянию на 2017 год скорость таяния подводной шельфовой мерзлоты в Восточно-Сибирском море составляет около 18 см в год, что гораздо выше прогнозных оценок. На многих участках истончение прикрывающего метановые гидраты льда уже приближается к критическому уровню, после которого метан из гидратов может начать поступать в водную толщу и атмосферу[19][20].

Возможные последствия[править | править код]

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 код]

  • В книге «Мать бурь» (англ. Mother of Storms) Джон Барнс предлагает фантастический пример катастрофических климатических изменений, вызванных выделением метана.
  • В аниме «Ergo Proxy» цепные взрывы гидрата метана уничтожают большую часть человечества, делая планету непригодной для жизни на многие годы.
  • В книге Франка Шетцинга «Рой» («Стая», Der Schwarm) одним из факторов глобальной катастрофы является разложение гидрата метана в океанах, провоцирующее оползни и разрушение континентальных склонов. Автор приводит популярное описание природы метангидрата и его значения.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Negligible atmospheric release of methane from decomposing hydrates in mid-latitude oceans
  2. ↑ 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
  3. ↑ 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
  4. ↑ 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
  5. ↑ 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
  6. ↑ The Day The Earth Nearly Died Архивная копия от 9 мая 2020 на Wayback Machine, BBCHorizon, 2002
  7. ↑ Martin Kennedy, David Mrofka and Chris von der Borch (2008), Snowball Earth termination by destabilization of equatorial permafrost methane clathrate Архивная копия от 29 октября 2008 на Wayback Machine, Nature 453 (29 May), 642—645
  8. ↑ Gregory Ryskin. Methane-driven oceanic eruptions and mass extinctions (англ.) // Geology : journal. — No. September 2003; v. 31; no. 9. — P. 741—744. Архивировано 28 августа 2008 года.
  9. ↑ Mauna Loa CO2 monthly mean data (англ.). Earth System Research Laboratory. Дата обращения: 18 февраля 2019.
  10. ↑ 1 2 Archer, D. Methane hydrate stability and anthropogenic climate change (англ.) // Biogeosciences  (англ.) (рус. : journal. — 2007. — Vol. 4, no. 4. — P. 521—544. Архивировано 21 августа 2008 года. См. также blog summary Архивная копия от 15 апреля 2007 на Wayback Machine.
  11. ↑ Compare: Methane bubbling through seafloor creates undersea hills Архивировано 11 октября 2008 года., Monterey Bay Aquarium Research Institute, 5 February 2007
  12. ↑ Steve Connor, Exclusive: The methane time bomb Архивная копия от 16 октября 2010 на Wayback Machine, The Independent, 23 September 2008
  13. ↑ Translation of a blog entry by Örjan Gustafsson, expedition research leader Архивная копия от 29 сентября 2008 на Wayback Machine, 2 September 2008
  14. ↑ N. Shakhova, I. Semiletov, A. Salyuk, D. Kosmach, and N. Bel’cheva (2007), Methane release on the Arctic East Siberian shelf Архивная копия от 29 ноября 2013 на Wayback Machine, Geophysical Research Abstracts, 9, 01071
  15. ↑ 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? Архивная копия от 22 декабря 2012 на Wayback Machine, EGU General Assembly 2008, Geophysical Research Abstracts, 10, EGU2008-A-01526
  16. ↑ Volker Mrasek, A Storehouse of Greenhouse Gases Is Opening in Siberia Архивная копия от 1 мая 2009 на Wayback Machine, Spiegel International Online, 17 April 2008
  17. ↑ U.S. National Labs Probe Abrupt Climate Change. Environment News Service (22 сентября 2008). Архивировано 19 марта 2012 года.
  18. ↑ ТАСС: Наука - Учёные: выбросы метана в Арктике могут спровоцировать глобальное потепление на планете. Дата обращения: 18 ноября 2016. Архивировано 19 ноября 2016 года.
  19. ↑ "Таяние подводной вечной мерзлоты на арктическом шельфе ускорилось". Пронедра. 2017-08-09. Архивировано из оригинала 9 августа 2017. Дата обращения: 9 августа 2017.
  20. ↑ Подводная мерзлота на арктическом шельфе тает быстрее, чем считалось прежде. Дата обращения: 14 мая 2018. Архивировано 15 мая 2018 года.

Ссылки[править | править код]

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Гипотеза_о_метангидратном_ружье&oldid=134975598