Какой вклад мерзлоты в глобальный бюджет метана?

Одной из причин глобальных климатических изменений ученые называют увеличение в атмосфере концентрации парниковых газов [1]. Основными парниковыми газами являются углекислый газ и водяной пар, а также метан, озон и оксид азота. Несмотря на то, что роль метана (СН₄) в нагреве атмосферы составляет только 10%, молекула этого газа поглощает инфракрасное излучение атмосферы примерно в 25 раз эффективнее, чем молекула углекислого газа (СО₂) [2]. Превосходящая роль углекислого газа в парниковом эффекте достигается лишь за счет количества его молекул, содержащихся в атмосфере. Однако за последние 250 лет содержание СО₂ выросло на одну треть, а содержание СН₄ увеличилось в 3 раза. При сохранении такой тенденции с каждым годом вклад метана в парниковый эффект будет только увеличиваться.

Содержание метана в атмосфере определяется его поступлением в атмосферу и стоком из нее. Используется два метода оценки потоков парниковых газов: «снизу-вверх» (bottom-up) и «сверху-вниз» (top-down).

При использовании метода «сверху-вниз» проводится количественное измерение вклада каждого отдельного источника поступления метана в атмосферу (и стока из нее), а затем полученные значения суммируются. К сожалению, это не всегда решаемая задача в силу разнообразных причин – отсутствия детализированных данных, инструментальных методов и т.д. Поэтому также используется метод «сверху-вниз» - решение обратной задачи. Конструируется математическая модель процесса, позволяющая по наблюдаемым изменениям концентраций (которые измерять существенно проще, чем потоки вещества) количественно оценивать изменения входящих и исходящих потоков.
Однозначно оценить содержание метана в атмосфере и вклад различных источников в него сложно. Получаемые оценки зависят от особенностей используемой модели и заметно различаются у разных авторов. Например, значения для глобального выброса метана, полученные методом «снизу-вверх», выше, чем значения, для расчёта которых используется метод «сверху-вниз» (рис.1).


Рис. 1. Глобальный бюджет метана на 2017 год, распределенный между природными, антропогенными и смешанными источниками. Составлено на основе [4].

В целом, источники метана можно разделить на две большие группы: естественные (т.е. природного происхождения) и антропогенные (образовавшиеся в результате деятельности человека). Некоторая часть источников может быть смешанного типа. Наибольший разброс глобальных оценок отмечен для природных источников СН₄, в том числе для таких важных для России, как заболоченные территории, вечномерзлые породы и арктические моря. Антропогенные источники изучены несколько лучше [3].

Природные выбросы		Антропогенные выбросы
Источники	млн т/год	Источники	млн т/год
Болота	217	Жвачные животные	89
Океан	54	Отходы	75
Озера и реки	40	Нефтегазовая отрасль (включая биотопливо)	50
Дикие животные	15	Рисовые поля	36
Термиты	11	Сжигание биомассы	35
Гидраты	6	Прочее	46
Пожары	3
Вечная мерзлота	1
Итого, млн т/год	347	Итого, млн т/год	331
Итого, %	51,2	Итого, %	48,8

Табл 1. Источники выброса метана в атмосферу, млн т/год [1].

На долю антропогенных выбросов приходится по разным оценкам от 45 до 61% глобального выброса метана. Преобладающим естественным источником метана являются заболоченные территории. Они дают до 80% от всех его выбросов, по разным оценкам, и при этом отличаются высокой временной изменчивостью и зависимостью от климатических факторов (обратная связь с климатом) [1, 3, 5].

По данным Jackson et al. [5], на текущий момент нет свидетельств усиления эмиссии метана из арктического макрорегиона, несмотря на зафиксированное значительное повышение температуры воздуха, темпы которого вдвое опережают среднемировые показатели. Так, на область высоких широт приходится лишь 4% общих выбросов метана. Из таблицы 1 также видно, что вклад метана при таянии мерзлоты незначителен, однако, в настоящее время однозначно оценить последствия деградации мерзлоты и поступление метана в атмосферу невозможно.

По данным Saunois et al. [4], таяние вечной мерзлоты может быть прямым и косвенным источником метана. Прямой источник включает в себя выброс метана, который непосредственно законсервирован в мерзлоте. Этот поток в атмосферу невелик и в 2017 году оценивается максимум в 1 млн т/год. Вечная мерзлота как косвенный источник выбросов играет более значимую роль. И включает в себя активизацию процессов метаногенеза (т.е. образования метана), вызванную высвобождением органического вещества, содержащегося в оттаивающей многолетней мерзлоте, а также заболачивание территорий, создание благоприятных анаэробных условий для метаногенных бактерий. Также эмиссии метана способствует образование термокарстовых озер, процессы эрозии и разрушения берегов. К одному из последствий растепления мерзлых толщ можно отнести формирование воронок газового выброса. Это новое геологическое образование, обнаруженное в 2014 году на полуострове Ямал. Кратер расположен недалеко от Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения, но при этом выброс газа не был спровоцирован антропогенным воздействием. Множество признаков свидетельствуют, что причиной формирования воронок определяется накопление и выброс газа из толщи мерзлых пород.

Таким образом, деградация многолетней мерзлоты, вероятно, уже сегодня является значительной в производстве метана и станет еще более важной в будущем в связи с усилением климатических изменений и сильной положительной обратной связью [6]. Подчеркнем, что в настоящее время трудно оценить косвенные выбросы метана в результате таяния вечной мерзлоты, поскольку данных недостаточно, и они в значительной степени перекрываются данными по эмиссии с водно-болотных угодий, термокарстовых озер и других пресноводных объектов криолитозоны. По этой причине при оценке вклада разных источников в эмиссию метана, исследователи под «вечной мерзлотой» чаще подразумевают только непосредственно прямые выбросы и не учитывают последствия ее таяния.

Автор: Волкова Н.В.

Список литературы

1. IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp.

2. Feldman D.R., Collins W.D., Biraud S.C. Observationally derived rise in methane surface forcing mediated by water vapour trends // Nature Geoscience, 2018, vol.11, p. 238–243.

3. Ишков А. Г. Роль метана в изменении климата. М.: НИИПЭ, 2018, 134 с.

4. Saunois Marielle et al. The global methane budget 2000–2017 // Earth system science data, 2020, vol. 12. no. 3, p. 1561-1623.

5. Jackson R. B., Saunois M., Bousquet P., Canadell J. G., Poulter B., Stavert A. R., Bergamaschi P., Niwa Y., Segers A., Tsuruta A. Increasing anthropogenic methane emissions arise equally from agricultural and fossil fuel sources // Environmental Research Letters, 2020. vol, 15, no. 7. p. 71-102.

6. Schuur E.A., McGuire A.D., Schädel C., Grosse G., Harden J.W., Hayes D.J., Hugelius G., Koven C.D., Kuhry P., Lawrence D.M., Natali S.M., Olefeldt D., Romanovsky V.E., Schaefer K., Turetsky M.R., Treat C.C., Vonk J.E. Climate change and the permafrost carbon feedback // Nature, 2015, vol. 520, p. 171–179.