Гипотеза о метангидратном ружье

Гипотеза о метангидратном ружье (англ. clathrate gun hypothesis) — это обобщённое наименование для серии гипотез о том, что растущий уровень температур океана (и/или падение уровня океана) может запустить внезапное высвобождение метана из отложений гидратов метана под морским дном, что, ввиду того, что метан сам по себе является сильным парниковым газом, в свою очередь приведёт к дальнейшему росту температур и дальнейшей дестабилизации гидратов метана — в результате запуская самоусиливающийся процесс, в той же мере неостановимый, как уже начавшийся выстрел из ружья ^[1].

В своей исходной форме гипотеза предполагает, что «метангидратное ружьё» может привести к самоусиливающемуся внезапному глобальному потеплению в течение времени, меньшего, чем время человеческой жизни,^[1] и могло быть ответственным за периоды потепления в течение и в конце последнего ледникового периода.^[2] Это предположение впоследствии не подтвердилось^[3][4]. Однако ряд более поздних исследований показывает, что самоусиливающееся разложение метангидратов могло приводить к резким изменениям океана и атмосферы Земли несколько раз в прошлом в течение промежутков времени в десятки тысяч лет; наиболее заметно среди этих событий Массовое пермское вымирание, произошедшее 251 миллион лет назад, когда вымерло 95 % видов земных организмов.^[5]

Механизм

Метановые гидраты представляют собой водяной лёд, который содержит большое количество метана внутри своей кристаллической структуры. Огромное количество гидрата метана было найдено под отложениями под океанским дном по всей Земле. Внезапное высвобождение большого количества природного газа из газовых гидратов может быть причиной прошлых, будущих и нынешних климатических изменений. Главный результат высвобождения метана — это рост температуры. Считается, что это было основным фактором потепления на 6 °C во время Пермского вымирания, поскольку метан является гораздо более сильным парниковым газом, чем CO₂ (несмотря на то, что время жизни метана в атмосфере только 12 лет, он имеет потенциал глобального потепления 62 в течение 12 лет и 23 в течение 100 лет). Теория также предполагает, что высвобождение метана приведёт к снижению доступного количества кислорода в атмосфере.

Возможные события, связанные с высвобождением гидратов метана

Два события, вероятно связанные с этим — это Массовое пермское вымирание и Позднепалеоценовый термальный максимум. Такое высвобождение могло также сыграть свою роль во внезапном разогреве целиком замёрзшей Земли (Земля-снежок) 630 млн лет назад.^[6] Однако потепление в конце последнего ледникового периода считается не связанным с высвобождением метана.

Пермское вымирание

В 2002 году в документальном фильме BBC «День, когда Земля чуть не погибла»The Day the Earth Nearly Died, были просуммированы последние открытия и гипотезы относительно Пермского вымирания. Пол Вигнал исследовал Пермские отложения в Гренландии, где присутствуют скальные слои, лишённые морской жизни, толщиной в десятки метров. Благодаря такой широкой шкале, он смог вычислить время событий более точно и установить, что всё событие вымирания длилось примерно 80 000 лет, и отражается в трёх различных слоях с разными остатками растений и животных. Данное вымирание, судя по всему, убило морскую и наземную жизнь в разное время. Два периода вымираний наземной жизни разделены одним коротким периодом полного вымирания морской жизни. Однако этот процесс выглядит слишком длинным, чтобы его можно было списать на падение астероида. Наилучшим ключом к разгадке стал баланс изотопов углерода в скалах, который показал увеличение содержания углерода-12 с течением времени. Стандартное объяснение такого скачка — гниение растений — выглядело недостаточным.

Геолог Джерри Дикенс предположил, что большое количество углерода-12 могло высвободиться благодаря разложению замёрзших гидратов метана из морского дна. Эксперименты, проведённые для оценки необходимого роста температур в глубинах океанов показали, что достаточно будет роста на 5 °C, чтобы запустить процесс разложения.

Похожий механизм: высвобождение растворённого метана

Джордж Рёскин, исследуя границу Перми и Триаса [1], исследовал возможность того, что массовые вымирания связаны с исключительно быстрым взрывным выделением растворённого метана (и других растворённых газов, таких как углекислый газ и сероводород), которые скапливаются в океанических водах, склонных к стагнации и аноксии (то есть в застойных бассейнах).

Современное состояние дел

Благодаря тому, что нынешние уровни CO₂ растут в сторону 400 ppm, дестабилизация гидратов метана может стать неконтролируемым механизмом с положительной обратной связью, который приведёт к опасному увеличению температур. К счастью, большая часть гидратов залегает чересчур глубоко, чтобы быстро среагировать на изменение температуры, и исследование, проведённое Арчером в 2007 г., предполагает, что высвобождение метана внесёт лишь небольшой вклад в общий парниковый эффект.^[7] Депозиты гидратов метана дестабилизируются начиная с самой глубокой части их зоны стабильности, которая обычно находится в сотнях метрах под дном моря.

Значительное и постоянное увеличение температуры океана в конце концов приведёт к нагреву отложений под морским дном и, как следствие, к распаду самых глубоких слоёв гидратов метана, но на это потребуются несколько тысячелетий или даже больше.^[7] Одним исключением могут быть гидраты метана, связанные с Северным Ледовитым океаном, где газовые гидраты могут существовать в более мелких водах, будучи стабилизированными более низкими температурами, а не более высоким давлением; и могут быть на грани стабильности на меньшей глубине под океанским дном, будучи стабилизированы «крышкой» из вечной мерзлоты, предотвращающей высвобождение метана.

Недавние исследования, проведённые в Сибирской Арктике, показали, что уже высвободились миллионы тонн метана — по-видимому, за счёт перфорации вечной мерзлоты на морском дне.^[8] В результате чего концентрация в некоторых регионах выросла более чем в 100 раз выше нормальной.^[9] Избыток метана был обнаружен в отдельных горячих точках в месте впадения реки Лены и на границе между Морем Лаптевых и Восточно-сибирским морем. Часть плавления может быть результатом геологического нагрева, но большая часть таяния, по-видимому, связана со значительно увеличившимся объёмом талых вод, сбрасываемых Сибирскими реками, текущими на север.^[10] Современный уровень выбросов метана ранее оценивался как 0,5 мегатонны в год.^[11] Шакова и др. (2008) оценивает, что не менее 1400 гигатонн углерода в настоящий момент заперто в виде метана и гидратов метана под арктической подводной вечной мерзлотой, и 5—10 процентов от этого количества тает через открытые проталины в этой вечной мерзлоте. Они приходят к выводу, что «резкое высвобождение вплоть до 50 гигатонн гидратов весьма вероятно в любой момент». Это увеличит содержание метана в атмосфере в 12 раз.^[12][13]. Это будет эквивалентно по парниковому эффекту удвоению текущего уровня CO₂.

В 2008 году США определили потенциальную дестабилизацию гидратов метана в Арктике как один из четырёх наиболее серьёзных сценариев климатических изменений, которые должны исследоваться приоритетным образом.^[14]

Возможные последствия

Согласно Джорджу Рёскину, внезапное высвобождение метана (подобное взрыву озера Ниос) из толщи океанских вод может привести как к глобальному потеплению, так и к глобальному похолоданию. Взрыв и горение метана приведут к образованию большого количества смога и пыли, которые приведут к глобальному похолоданию. Метан и углекислота приведут наоборот к глобальному потеплению. Профессор Рёскин пишет, что трудно предсказать, какое из явлений пересилит. При этом Рёскин отмечает, что вопрос о том, какое количество метана растворено в морских водах на большой глубине океана, нуждается в дальнейшем изучении. Примером застойного бассейна, в котором накапливаются газы (сероводород) и наблюдается аноксия, является Чёрное море.

Последствия взрыва океана за счёт метана будут катастрофическими для наземной жизни. Образно говоря, взрывающийся регион «вскипает», выбрасывая огромные количества метана и других газов (углекислоты, сероводорода) в атмосферу, и заливая большие поверхности суши. Хотя чистый метан легче воздуха, метан, нагруженный каплями воды — тяжелее воздуха, и в силу этого распространяется по поверхности Земли, смешиваясь с воздухом и (теряя воду) в форме дождя. Смесь метана и воздуха взрывоопасна при концентрациях от 5 до 15 процентов. Если такая смесь образуется около поверхности Земли и воспламенится молнией, то взрывы и пожары уничтожат большую часть наземной жизни, также приведя к выделению большого количества углекислоты. Огненные штормы направят смог и пыль в верхние слои атмосферы, где они сохранятся в течение нескольких лет. Как следствие, затемнение атмосферы и глобальное похолодание могут быть дополнительным негативным эффектом. И наоборот, углекислота и оставшийся метан создают дополнительный парниковый эффект, который может привести к глобальному потеплению. Результат соревнования между охлаждением и нагреванием предсказать трудно.[2]

В фантастике

• В книге «Мать бурь» (англ. Mother of Storms) Джон Барнс (англ.) предлагает фантастический пример катастрофических климатических изменений, вызванных выделением метана.
• В аниме сериале «Эрго Прокси» резкое выделение гидрата метана со дна океана привело к вымиранию 85 % живых существ на Земле.

Примечания

1. ↑ ^{1 2} James P. Kennett, Kevin G. Cannariato, Ingrid L. Hendy, and Richard J. Behl, (2003) Methane Hydrates in Quaternary Climate Change: The Clathrate Gun Hypothesis, Washington, DC: American Geophysical Union. ISBN 0875902960
2. ↑ James P. Kennett, Kevin G. Cannariato, Ingrid L. Hendy, Richard J. Behl (2000), Carbon Isotopic Evidence for Methane Hydrate Instability During Quaternary Interstadials, Science 288 (5463: Apr 7), 128—133 DOI:10.1126/science.288.5463.128
3. ↑ Todd Sowers (2006), Late Quaternary Atmospheric CH₄ Isotope Record Suggests Marine Clathrates Are Stable, Science 311 (5762: Feb 10), 838—840 DOI:10.1126/science.1121235
4. ↑ Hinrich Schaefer, Michael J. Whiticar, Edward J. Brook, Vasilii V. Petrenko, Dominic F. Ferretti, Jeffrey P. Severinghaus (2006), Ice Record of ¹³C for Atmospheric CH₄ Across the Younger Dryas-Preboreal Transition, Science, 313 (5790: Aug 25) 1109—1112 DOI:10.1126/science.1126562
5. ↑ The Day The Earth Nearly Died, BBC Horizon, 2002
6. ↑ Martin Kennedy, David Mrofka and Chris von der Borch (2008), Snowball Earth termination by destabilization of equatorial permafrost methane clathrate, Nature 453 (29 May), 642—645
7. ↑ ^{1 2} Archer, D. (2007). «Methane hydrate stability and anthropogenic climate change». Biogeosciences 4 (4): 521-544. См. также blog summary.
8. ↑ Compare: Methane bubbling through seafloor creates undersea hills, Monterey Bay Aquarium Research Institute, 5 February 2007
9. ↑ Steve Connor, Exclusive: The methane time bomb, The Independent, 23 September 2008
10. ↑ Translation of a blog entry by Örjan Gustafsson, expedition research leader, 2 September 2008
11. ↑ N. Shakhova, I. Semiletov, A. Salyuk, D. Kosmach, and N. Bel’cheva (2007), Methane release on the Arctic East Siberian shelf, Geophysical Research Abstracts, 9, 01071
12. ↑ N. Shakhova, I. Semiletov, A. Salyuk, D. Kosmach (2008), Anomalies of methane in the atmosphere over the East Siberian shelf: Is there any sign of methane leakage from shallow shelf hydrates?, EGU General Assembly 2008, Geophysical Research Abstracts, 10, EGU2008-A-01526
13. ↑ Volker Mrasek, A Storehouse of Greenhouse Gases Is Opening in Siberia, Spiegel International Online, 17 April 2008
14. ↑ U.S. National Labs Probe Abrupt Climate Change. Environment News Service (22 сентября 2008). Архивировано из первоисточника 19 марта 2012.

См. также

• Лимнологическая катастрофа
• Глобальные катастрофы
• Гибель человечества

Ссылки

• Иващенко О. В. «Потепление глубинных вод Мирового океана и стабильность метангидратов»
• Homepage of Dr. Paul Wignal, Reader in Palaeoenvironments, University of Leeds.
• (Abstract) Methane Hydrates in Quaternary Climate Change: The Clathrate Gun Hypothesis
• Preface to the Clathrate Hydrates special issue
• Benton, Michael J.; Richard J. Twitchett (July 2003). «How to kill (almost) all life: the end-Permian extinction event». TRENDS in Ecology and Evolution 18 (7): 358–365. DOI:10.1016/S0169-5347(03)00093-4., cited by 21 other articles.
• Svensen, Henrik; Sverre Planke, Anders Malthe-Sørenssen, Bjørn Jamtveit, Reidun Myklebust, Torfinn Rasmussen Eidem and Sebastian S. Rey (3 June 2004). «Release of methane from a volcanic basin as a mechanism for initial Eocene global warming». Nature 429: 542-545.
• Thomas, Deborah J.; James C. Zachos, Timothy J. Bralower, Ellen Thomas and Steven Bohaty (December 2002). «Warming the fuel for the fire: Evidence for the thermal dissociation of methane hydrate during the Paleocene-Eocene thermal maximum». Geology 30 (12): 1067-1070.
• Ryskin, Gregory (September 2003). «Methane-driven oceanic eruptions and mass extinctions». Geology 31 (9): 741-744.
• Archer, D.; Buffett, B. (2004). "Temperature sensitivity and time dependence of the global ocean clathrate reservoir". American Geophysical Union, Fall Meeting.