Океан пускает газы

Вплоть до появления на нашей планете фотосинтезирующих организмов атмосфера была насыщена «драгоценным», по нынешним меркам, метаном, а вовсе не углекислым газом. Кислород быстро исправил ситуацию, превратив один парниковый газ в другой. Сейчас средняя концентрация природного газа в атмосфере составляет 1,8 ppm (частей на миллион), что в 200 раз меньше уровня диоксида углерода, однако «парниковая активность» метана примерно в 23 раза выше таковой для CO₂, что немного компенсирует эту разницу.

В результате по своему вкладу в парниковый эффект метан все равно стоит на третьем месте после водяного пара и углекислого газа. И, в отличие от того же водяного пара, атмосферный уровень метана в значительной степени определяется антропогенным фактором – за последние 200 «индустриальных» лет он вырос в два раза, в то время как CO₂ – лишь на четверть.

Как показала Андреа Черутти из Медицинского колледжа имени Уэйлл – Корнуэлл и ее коллеги, природа тоже вносит свою посильную лепту:

пузырьки метана, поднимающиеся с глубин океана, доставляют в 10–1000 раз больше этого парникового газа, чем считалось ранее.

Одна из основных составляющих «человеческого фактора» – образование метана в изрядном количестве бактериями-метаногенами, обитающими в кишечнике. В нашем пищеварительном тракте они не встречаются, а вот одна корова в день кроме нескольких литров молока «дает» еще и 100 граммов горючего газа (но не вонючего – запах газа, прочно ассоциирующийся с утечкой газа из конфорки плиты, вызван не самим метаном, а специальными добавками).

Однако большая часть поступающего в атмосферу CH₄ запасена в недрах Земли: даже без специальной разработки месторождений этот газ постоянно «выходит» на поверхность в виде природного газа или в результате вулканизма. В последние 200 лет к нему присоединились рудничный и нефтяной, образующиеся при разработке угольных и нефтяных месторождений соответственно. Добавьте сюда периодические утечки, стабильный процент потерь при добыче углеводородов, образование газа при перегонке нефти, и двукратное возрастание концентрации CH₄ перестанет казаться такой уж запредельной величиной.

Пример постоянной природной утечки метана – мириады пузырьков, поднимающихся со дна океана, скрывающего запасы углеводородов.

Эти пузырьки, иногда покрытые тонкой маслянистой пленочкой, заметны даже на эхограммах. Впрочем, до сегодняшнего дня считалось, что если пузырьки начинают свое движение с глубины больше 200 метров, то большая часть метана попросту растворится и окислится кислородом океана. И хотя пузырьки все равно доходят до поверхности, в них уже не метан, а углекислый и другие газы.

Черутти и соавторы публикации в Nature Geoscience на примере Мексиканского залива доказали обратное.

Газа, поднимающегося с глубины 600 метров, достаточно, чтобы поддерживать концентрацию в поверхностном слое воды в тысячу раз больше, чем в атмосфере.

Тщательные глубинные замеры показали – от 80 до 99% метана действительно «теряются» на первом участке пути, когда пузырьки поднимаются до 350 метров. А вот последние 80 метров оказываются весьма насыщены газом. Ученые объясняют этот феномен интенсивным перемешиванием на глубинах от 300 до 100 метров и изменением свойств пузырьков в зависимости от диаметра. Чем больше радиус, тем меньше отношение «поверхности к объему», а следовательно, меньше скорость диффузии и обмена газами между содержимым пузырька и водой. То есть до поверхности метан доносят в основном большие пузырьки (больше 2,4 мм в диаметре).

Даже несмотря на перемешивание, уравнивающее концентрацию на глубинах от 100 до 300 метров, площадь покрытия каждого «месторождения пузырьков» достаточно небольшая – угол расхождения пузырьков не превышает 5,2 градуса.

В результате выброс метана с 1 кв. м поверхности океана варьирует от 300 до 10 500 микромоль, что по закону Авогадро при нормальном атмосферном давлении и 0^oC дает до 2 литров газа в сутки. Этого, конечно, не хватит и на отопление одного дома, но при произведении на количество месторождений получается вполне приличная величина.