Климатологи впервые оценили парниковый эффект метана с помощью полевых измерений

Американские климатологи впервые провели прямую экспериментальную оценку парникового эффекта метана в результате полевых измерений. Если предыдущие оценки парниковой активности метана строились на основании расчетов и лабораторных экспериментов, то сейчас радиационный прогрев приповерхностных слоев атмосферы удалось однозначно связать с динамикой концентрации метана непосредственно в результате спектрометрических атмосферных измерений, пишут ученые в Nature Geoscience.

Метан, наряду с углекислым газом и водяным паром, — один из основных и наиболее опасных парниковых газов, который приводит к нагреву атмосферы и последующим изменениям климата. В отличие от углекислого газа, метан — короткоживущий парниковый газ с временем жизни около 10 лет, однако из-за значительно более высокой парниковой активности (по оценкам ученых, она, как минимум, в 25 больше, чем у углекислого газа), его влияние на суммарный разогрев атмосферы достигает 10 процентов, а в будущем может вырасти.

Основным источником метана считается скотоводство — газ вырабатывается в процессе пищеварительной ферментации. В том числе из-за скотоводства с середины XIX века содержание метана в атмосфере выросло в 2,5 раза. При этом, однако, динамика изменения его концентрации немонотонная и зависит от очень большого числа различных факторов: например, от количества гидроксил-радикалов в атмосфере, скорости таяния вечной мерзлоты, направленности сельского хозяйства в той или иной местности или масштабов использования ископаемого топлива. В частности, известно, что концентрация метана в атмосфере держалась примерно на постоянном уровне с 1995 по 2006 год, после чего начала неуклонно расти. Несмотря на то, что однозначного объяснения подобной динамики концентрации метана на данный момент не предложено, понятно, что это поведение должно отразиться и на тепловом балансе атмосферы Земли, в первую очередь за счет поглощения метаном инфракрасного излучения.

Американские климатологи под руководством Даниэля Фельдмана (Daniel Feldman) из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли провели исследование, которое связывает динамику концентрации углекислого газа в атмосфере с радиационным прогревом атмосферы — разницей между энергией поступающего на Землю солнечного излучения и исходящего излучения. В обсерватории, расположенной в южной части Великих равнин, с 2002 по 2013 год проводились независимые измерения концентрации метана в приповерхностном слое атмосферы и его радиационный эффект, который вычислялся с помощью спектрометрических радиометров. Чтобы избежать возможного влияния облаков, измерения радиационного прогрева проводились в ясную погоду.

Ученые отмечают, что несмотря на довольно значительную погрешность определения концентрации метана, проведенные измерения подтвердили предыдущие данные о динамике содержания метана за последние 20 лет: до 2006 года концентрация газа держалась примерно на постоянном уровне (около 1880 объемных долей метана на миллиард), после чего начался его монотонный рост со средней скоростью около 7,5 объемных долей на миллиард в год.

Радиометрические измерения в инфракрасной области спектра показали, что основной излучательный эффект метана наблюдается для области волновых чисел от 1200 до 1350 обратных сантиметров. Оказалось, что для радиационного прогрева в этой области спектра в среднем (после исключения сезонных колебаний) характерна точно такая же динамика, как и для концентрации метана: до 2006 года радиационный прогрев находился примерно на одном уровне, после чего стал постепенно расти со средней скоростью 26 милливатт на квадратный метр в год.

Ученые отмечают, что на полученные данные могли оказать влияние содержащиеся в атмосфере водяные пары, поэтому в дальнейшем для более точной оценки отдельных вкладов двух газов должны быть проведены дополнительные исследования. Тем не менее, и полученные сейчас результаты измерений связывают данные о концентрации метана с его парниковым эффектом непосредственно с помощью полевых измерений. До этого все подобные оценки проводились или теоретически или в лабораторных экспериментах.

Для детального исследования процесса выбросов метана в атмосферу, динамики его изменения и распределения его концентрации в воздухе ученые разрабатывают все более точные приборы. Например, шведские ученые разработали камеру на основе инфракрасного спектрометра, которая делает видимыми выбросы метана и его движение в воздухе.

Александр Дубов