В появлении кратера на Ямале обвинили метан из тающей многолетней мерзлоты
Возможными причинами возникновения Еркутинского кратера на Ямале являются расслоение талика, обогащенного газами из-за диссоциации газогидратов в толще мерзлой породы, или привнесение метана из более глубоких недр. Результаты исследования, опубликованного в журнале Geosciences, указывают на опасное протаивание многолетней мерзлоты в Арктике, которое может усугубить глобальное изменение климата, высвободив в атмосферу большие объемы парниковых газов.
Многолетняя мерзлота Арктики хранит большое количество углеводородных газов (в особенности — метана), которые могут высвобождаться в процессе ее протаивания. Также в ней заключено органическое вещество, которое с наступлением тепла активно перерабатывают микроорганизмы, и это приводит к дополнительным эмиссиям метана в атмосферу. Эти процессы связаны в климатической системе по принципу положительной обратной связи: чем активнее происходит деградация многолетней мерзлоты, тем больше парниковых газов из нее выделяется, и это становится причиной повышения температуры воздуха, которое дополнительно усилит таяние мерзлоты.
В будущем такие криогенные процессы будут играть все бо́льшую роль в изменении климата, и уже сейчас представляют опасность для людей и сооружений, ведь в арктических регионах активно разрабатываются новые газовые и нефтяные месторождения. Поэтому российские ученые внимательно относятся к появлению новых кратеров в зоне многолетней мерзлоты и исследуют причины их возникновения.
В 2017 году на полуострове Ямал в долине реки Еркута был обнаружен газоэмиссионный кратер диаметром 17,5 метра. Ученые под руководством Евгения Чувилина (Evgeny Chuvilin) из Центра добычи углеводородов Сколтеха провели полевые исследования кратера и представили концептуальные модели процесса его возникновения, рассматривая три возможных варианта развития событий.
Первая версия возникновения кратера отсылает к промерзанию насыщенного метаном талика внутри толщи многолетней мерзлоты: давление газа в нем выросло настолько, что крышка многолетней мерзлоты подверглась вязко-пластической деформации и поднялась над уровнем земли. Далее произошло расслоение массы на отдельные компоненты — более тяжелая почва опустилась на дно, жидкая вода оказалась на середине, а газ устремился наверх, что привело к образованию кратера.
Вторая версия подразумевает, что талик не был изначально насыщен метаном — он попал туда в результате диссоциации газогидратов внутри многолетней мерзлоты. Дальнейший механизм совпадает с первой версией (промерзание, увеличение давления, вскрытие и стратификация по плотности).
Третья версия указывает на возможность обогащения талика метаном за счет поднятия этого газа из более глубоких слоев. При этом содержимое талика устремляется вверх, и расслоения массы на воду, почву и газ не происходит — талик становится открытой системой.
Авторы исследования подчеркивают, что все вероятные причины образования Еркутинского кратера связаны с протаиванием больших толщ многолетнемерзлых пород, и в будущем такие тенденции могут привести как к локальным последствиям (взрывоопасные выбросы газа в арктической зоне недропользования), так и к усилению глобального изменения климата.
Криогенные процессы в многолетнемерзлых породах регулярно приводят к подобным явлениям: так, в 2014 году на Ямале уже был обнаружен другой кратер, и его образование объяснили криовулканической деятельностью.
Марина Попова
Однако в условиях неустойчивого землепользования угнетение лесов начнется еще до достижения этого порога
Тропические леса Земли смогут выдержать повышение температуры воздуха не более чем на 3,9±0,5 градуса Цельсия. При нынешних темпах потепления это означает их коллапс примерно через 132 года, но с учетом вырубок, пожаров и почвенной эрозии в тропических регионах критический порог может быть пройден и раньше. Такие прогнозы содержит исследование, опубликованое в журнале Nature. Биом тропических лесов находится в зоне стабильного теплого климата со слабо выраженными межсезонными колебаниями температур. Температуры воздуха здесь оптимальны для фотосинтеза, поэтому тропические леса имеют высокую продуктивность и способны депонировать большое количество атмосферного углерода. К изменениям столь стабильных условий местные виды растений адаптированы слабо, поэтому даже незначительное повышение температуры воздуха ставит устойчивость тропических экосистем под угрозу. Ученые под руководством Кристофера Даути (Christopher Doughty) из Университета Северной Аризоны исследовали отклик листьев деревьев в тропических лесах бассейна Амазонки, Центральной Африки и Юго-Восточной Азии на изменение температуры воздуха. Для этого они использовали данные прямых измерений температуры листьев с помощью термопар и пиргеометров и данные дистанционного зондирования проекта ECOSTRESS, который отслеживает температуру земной поверхности. Авторы исходили из того, что средняя температура воздуха, при которой начинается критическое угнетение физиологических процессов в тропических растениях, составляет 46,7 градуса Цельсия (она эмпирически определена в проведенном ранее исследовании). Они установили, что уже сейчас 0,01 процента всех листьев переходят порог этой критической температуры как минимум один раз за сезон. Если критическая температура действует на лист в течение длительного времени (дольше восьми минут), это может приводить к его смерти, а смерть листьев, в свою очередь, приводит к снижению общего испарительного охлаждения и все более сильному нагреву растения. На отдельных участках тропических лесов (например, в юго-восточной части бассейна Амазонки) деревья уже могли приблизиться к порогу своей устойчивости и даже перейти его. С помощью моделирования ученые проверили, как отреагируют листья деревьев на повышение среднемировой температуры воздуха на два, три и четыре градуса Цельсия (это соответствует сценариям RCP 2.6, RCP 4.5, RCP 8.5, в которых количество антропогенных выбросов парниковых газов меняется от серьезно сниженного до неограниченного). Они установили, что средним переломным уровнем потепления для тропических лесов мира является увеличение температуры воздуха на 3,9±0,5 градуса Цельсия. При нынешнем темпе роста температуры на 0,03 градуса Цельсия в год до полного угнетения тропических лесов остается 132 года, но массовая гибель листьев может произойти уже через 102 года. Расчеты имеют неопределенность, поэтому авторы указали интервал опасного для тропиков потепления: от двух до восьми градусов Цельсия относительно доиндустриального уровня. Они отметили, что на устойчивость лесов влияет не только температура воздуха, но и землепользование, которое в тропических регионах зачастую неустойчивое и приводит к обширным рубкам, пожарам и почвенной эрозии. Из-за этих факторов критический нагрев участков леса может происходить быстрее и при более низких температурах. Это уже не первое исследование, которое указывает на неустойчивость лесов амазонского бассейна: ранее ученые установили, что местные тропики еще начиная с 2007 года стали выделять больше углекислого газа, чем способны поглотить, и оценили его некомпенсированные выбросы в регионе в 480±180 миллионов тонн ежегодно.