Северный Ледовитый океан хранит опасную память: метан готовится к возвращению

Северный Ледовитый океан когда-то был мощным генератором парниковых газов, и новое исследование показывает, что при нынешнем потеплении он может повторить эту роль. Учёные попытались понять, как метан реагировал на глобальные климатические изменения в прошлом и что ждёт нас, если история снова пойдёт по кругу.

Метан: невидимый ускоритель потепления

Метан (CH₄) уступает углекислому газу по распространённости, но не по влиянию на климат. Его способность удерживать тепло делает его вторым по значимости парниковым газом на планете. Начиная с 2020 года, концентрация метана в атмосфере растёт примерно на 10 частей на миллиард ежегодно — это темпы, превышающие увеличение содержания CO₂ более чем в два раза.

Учёные предупреждают: этот рост может вызвать цепные климатические реакции, но пока неясно, как именно метановый цикл поведёт себя при дальнейшем повышении температуры.

Заглянуть в прошлое, чтобы понять будущее

Чтобы получить ответ, международная команда исследователей обратилась к прошлому Земли — к эпохе, когда планета уже переживала резкое потепление. Около 56 миллионов лет назад произошёл палеоцен-эоценовый термический максимум (ПЭТМ) — период, когда океаны закислились, температура резко повысилась, а в атмосферу попали колоссальные объёмы углерода.

ПЭТМ часто называют древним аналогом современного глобального потепления. Тогда, как и сейчас, нарушение углеродного цикла вызвало бурные климатические перемены, изменившие биосферу.

Под морским дном: следы метана в осадках

Исследование, опубликованное 25 сентября в журнале Nature Geoscience, основано на анализе керна морских осадков, извлечённого в центральной части Северного Ледовитого океана. Этот 15-метровый слой морских пород хранит данные о климате за последние 66 миллионов лет, включая сам ПЭТМ и период последующего "восстановления", когда климат стабилизировался.

Учёные выделили из керна органические молекулы — биомаркеры, по которым можно определить, какие микробы жили в осадках и чем они питались. Далее они проанализировали изотопный состав углерода, ведь метан содержит более лёгкие изотопы, чем углекислый газ. Это позволило понять, где именно происходило образование и разрушение метана.

Когда метан ушёл в воду

До начала ПЭТМ большая часть метана в Арктике образовывалась глубоко под морским дном и окислялась микроорганизмами, использующими сульфат вместо кислорода. Этот процесс известен как анаэробное окисление метана (АОМ). Но в период ПЭТМ активность таких микробов резко снизилась — уровень их биомаркеров в осадках упал.

Причина, по мнению исследователей, заключалась в том, что в океане стало меньше сульфатов, а значит, микробы не могли поглощать метан в прежних количествах. Избыток газа начал просачиваться в толщу воды — так называемый "осадочный биофильтр" оказался перегружен.

Новые "пожиратели" метана

Когда метан достиг водных слоёв, за дело взялись другие микробы — те, что дышат кислородом. Этот процесс называют аэробным окислением метана (AeOM). Он позволил временно сдерживать часть выбросов, но имел и обратный эффект: вместо нейтрализации метана в осадках теперь образовывался углекислый газ, усиливая потепление и закисление океана.

Опасный эффект обратной связи

Аэробные микробы, перерабатывая метан, активно потребляют кислород, создавая зоны его дефицита в воде. Это открывает дорогу организмам, не переносящим кислород, — именно они вытесняют сульфатопитающихся микробов, ещё больше снижая эффективность природного "фильтра" от метана. Таким образом, Арктика во время ПЭТМ превратилась из хранилища углерода в его источник.

"Мы считаем это возможным и весьма вероятным", — заявил специалист по органической геохимии Бумсу Ким.

По его словам, Северный Ледовитый океан и сегодня становится теплее и преснее, что усиливает потребление кислорода и может привести к аналогичным изменениям в метановом цикле. Ким отметил, что современная Арктика демонстрирует тревожные параллели с древним климатическим сценарием.

Скепсис коллег: история не всегда повторяется буквально

Не все учёные разделяют тревогу исследователей.

"Факторы, которые привели к тому, что Арктика стала источником углерода в прошлом, могут не иметь прямых аналогов в будущем", — отметила доцент кафедры палеоклимата Калифорнийского университета Сандра Киртланд Тёрнер.

Она напомнила, что миллионы лет назад Северный Ледовитый океан был более изолирован от Мирового океана, а его химический состав отличался от нынешнего. Поэтому прямые сравнения могут быть не совсем корректными. Тем не менее, добавила она, результаты исследования подчёркивают, насколько важны механизмы обратной связи в углеродном цикле. Они способны усиливать потепление и продлевать его эффект на тысячи лет.

А что если история действительно повторится?

Современная Арктика стремительно меняется. Таяние ледников, преснение воды и ослабление океанических течений создают условия, при которых осадочные слои могут начать выделять метан. Даже небольшой всплеск его концентрации способен резко ускорить потепление: молекула метана удерживает тепло в десятки раз эффективнее, чем молекула CO₂.

Учёные опасаются, что в будущем этот процесс станет самоподдерживающимся: чем сильнее нагрев — тем больше метана выделяется, а значит, тем быстрее продолжается потепление.

Интересные факты

1. Во время ПЭТМ температура Земли выросла на 5-8 °C всего за несколько тысяч лет — рекордно быстро по геологическим меркам.

2. Осадки с метановыми биомаркерами находят даже в регионах, где сегодня метановые гидраты стабильны — значит, древние выбросы были действительно масштабными.

3. По современным оценкам, запасы метана в донных отложениях Арктики могут быть эквивалентны сотням миллиардов тонн углерода.

Мифы и правда

Миф: метановые выбросы происходят только из болот и сельского хозяйства.
Правда: подводные отложения, вечная мерзлота и метановые гидраты в Арктике — одни из крупнейших потенциальных источников.

Миф: метан безвреден, ведь он быстро разлагается.
Правда: хотя его "жизнь" в атмосфере короче, чем у CO₂, в первые десятилетия он удерживает тепло примерно в 80 раз эффективнее.

Миф: природные микробы всегда утилизируют весь метан.
Правда: как показал пример ПЭТМ, когда экосистемы перегружены, они перестают справляться с объёмом выбросов.

Что мы можем сделать сегодня

Для учёных это исследование стало напоминанием о важности мониторинга метановых источников — как подводных, так и наземных. Современные спутники уже умеют фиксировать "пятна" метана над полярными регионами, а новые морские миссии изучают состав осадков и биомаркеров в реальном времени.

Главная задача — понять, где проходит та граница, после которой метановые выбросы могут выйти из-под контроля.