Слои метана заперты под вечной мерзлотой в арктических регионах, но если они высвободятся, это может создать проблемы для остального мира. Также исследователи обнаружили интенсивное выделение метана глубоко в Балтийском море. Метан может стать настоящей проблемой для окружающей среды. Парниковый газ, состоящий из углерода и водорода и примерно на 80 процентов более мощный, чем углекислый газ, естественным образом образуется в осадочных слоях морского дна и является причиной около 30 процентов глобального повышения температуры.
Метан в Арктике
Исследователи полагают, что размер подледного метана в Арктике может достигать нескольких миллионов кубических футов, и его выброс может иметь серьезные последствия для окружающей среды. Под просторами вечной мерзлоты Арктики скрывается изменяющее климат море метана. Оно заперто под слоями льда и медленно вытекает наружу, когда появляются трещины. Любое внезапное изменение состояния вечной мерзлоты может привести к выбросу, по мнению исследователей, нескольких миллионов кубических футов газа, наносящего вред окружающей среде.
Любое крупномасштабное просачивание газа может вызвать потенциально разрушительную петлю потепления: метан вызовет еще большее таяние вечной мерзлоты, что затем приведет к дополнительным выбросам газа. Изучая вечную мерзлоту (любой лед, который остается стабильным в течение двух и более лет, считается вечной мерзлотой) под островами Шпицберген, исследователи обнаружили, что этот слой не имеет постоянного состояния. Кроме того, они обнаружили, что огромное количество метана, обычно запертого внизу, способно мигрировать, даже оставаясь в ловушке.
Используя исторические данные скважинных мониторов, команда наблюдала продолжающуюся тенденцию накопления газа у подножия вечной мерзлоты. Но это не было единообразным открытием. Иногда, когда команда считала, что места являются очевидными местами присутствия газа, они не обнаруживали газа, предполагая, что он уже мигрировал. Другие места были настолько полны газа, что команда, бурившая скважину, могла слышать бурление взрывоопасного уровня метана.
Исследование было проведено в Норвегии, но, поскольку геологическая и ледниковая история этого региона аналогична остальной части Арктического региона, команда считает, что мигрирующие отложения метана, вероятно, присутствуют и в других местах. Вечная мерзлота, в которой содержится метан, не является однородной и непрерывной, как и безопасность этих месторождений метана.
Океанские течения могут истончать вечную мерзлоту и создавать неоднородную плотность. В высокогорьях более засушливая ситуация и более проницаемый слой, в то время как в низинах имеется вечная мерзлота, насыщенная льдом. И исследователи говорят, что даже там, где существует непрерывная вечная мерзлота, географические особенности могут позволить газу, вырабатываемому скалами внизу, выйти наружу. Поскольку условия вечной мерзлоты постоянно меняются, увеличение выбросов метана может стать лишь вопросом времени.
Метан в Балтийском море
Из Балтийского моря происходит утечка метана. Утечка, расположенная в Лондсортской впадине, приводит к просачиванию газа через более чем семь квадратных миль морского дна примерно в 18 милях от побережья Швеции, просачивая газ в воду. Необычной является не только глубина находки — около 1300 футов, но и тот факт, что газ пузырится почти на всем пути к поверхности.
Марсело Кетцер, профессор наук об окружающей среде в Университете Линнея считает, что глубоководные океанские течения вызывают накопление богатых метаном отложений в этой конкретной области. В любом случае, это не объясняет, насколько мощными являются пузырьки метана, которые остаются высоко в толще воды, пока плавают. Утечка в Лондсортской бездне является мощной: пузырьки поднимаются на высоту более 1200 футов со дна, как отслеживает гидролокатор.
Хотя невероятно глубокие выбросы метана могут заморозить пузыри, давая им возможность дольше оставаться неповрежденными, в Балтийском море замерзания не происходит. Почему пузыри такие мощные и устойчивые, пока неизвестно. Команда считает, что причиной может быть бескислородная среда Балтийского моря. «Если кислорода нет, уровень растворенного метана в океане может быть относительно высоким, что, в свою очередь, приводит к тому, что пузырьки не теряют метан так быстро». Таким образом, пузырьки в этой среде остаются более неповрежденными, а это означает, что транспортировка метана к поверхности моря становится более эффективной.
Команда утверждает, что если кислородный режим в Балтийском море и дальше ухудшится, это, вероятно, приведет к увеличению переноса метана из более глубоких частей моря. Оттуда этот метан может попасть в атмосферу.
Поглощение углекислого газа океаном и искусственная очистка океана от углерода
Океан является огромным поглотителем углерода. Исследования показывают, что он поглотил более четверти всех выбросов углекислого газа, которые люди выбрасывают в атмосферу. Однако ученые обнаружили, что даже океан достигает своего предела и может стать лишь вдвое менее эффективным в поглощении углерода к 2300 году из-за сильного потепления и закисления. Но все большее число стартапов, в том числе Captura и Running Tide, обещают помочь уменьшить углеродную нагрузку океана, используя технологию высасывания парниковых газов непосредственно из морской воды.
В рамках одного из крупнейших проектов компания Equatic и национальное водное агентство Сингапура PUB объявили, что намерены построить крупнейшую в мире установку по удалению углерода в океане. В прошлом году компания, принадлежащая и управляемая учеными из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, разработала два пилотных проекта в Лос-Анджелесе и Сингапуре, которые успешно извлекали около 100 килограммов (0,1 тонны) углекислого газа каждый день. Теперь их цель — построить завод стоимостью 20 миллионов долларов, который будет ежегодно удалять 3650 метрических тонн (4000 тонн) газа из океана, согласно пресс-релизу Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Как это работает? В «Экватическом процессе» операторы начинают с пропускания электрического тока через морскую воду, закачиваемую на объект. Этот заряд разделяет воду (H2O) на водород и кислород, затем через воду проходит воздух, который улавливает и сохраняет CO2 в твердых материалах на основе кальция и магния, «подобно тому, как естественным образом образуются морские ракушки», сообщил журнал Time. По словам компании, удаление углерода из воды позволяет океану поглощать больше углерода из воздуха. Согласно заявлению, помимо хранения CO2, компания планирует использовать побочный продукт водорода в качестве ингредиента в чистом топливе.
В сентябре более 200 экспертов подписали письмо, в котором изложили свои опасения: «Хотя подходы к удалению углекислого газа с помощью океана обладают огромным потенциалом, существуют и риски», — пишут они. «Общество еще не располагает достаточной информацией об эффективности или воздействии какого-либо конкретного подхода и поэтому не может принимать обоснованные решения об их использовании в больших масштабах».
В мае 2023 года комиссия ООН назвала индустрию улавливания углерода «недоказанной» с «неизвестными» рисками и поставила под сомнение ее экономическую жизнеспособность из-за высоких эксплуатационных расходов. Но федеральное правительство США, безусловно, делает большие ставки на исследования, которые помогут повысить способность океана удалять углерод из атмосферы.
В октябре 2023 года Министерство энергетики (DOE) выделило 36 миллионов долларов на «развитие методов удаления углекислого газа из морской среды». Национальный научный фонд предпринял первые шаги к запуску федеральной исследовательской программы по изучению различных методов, таких как использование «минералов и электричества для изменения щелочности океанов, чтобы позволить морской воде поглощать больше CO2 из воздуха», сообщает E&E News.
Преднамеренное стратосферное обезвоживание для удаления водяного пара из атмосферы
В то время как антропогенные выбросы углекислого газа, безусловно, являются наиболее важной движущей силой изменения климата, водяной пар на самом деле является наиболее распространённым парниковым газом и отвечает примерно за половину естественного парникового эффекта Земли – того, который делает нашу планету пригодной для жизни.
Теперь, когда учёные исследуют способы устранения последствий изменения климата путем удаления из атмосферы избыточного удерживающего тепло углекислого газа и отражения солнечного света обратно в космос, одна группа исследователей задалась вопросом: может ли удаление некоторого количества водяного пара из атмосферы также помочь смягчить последствия изменения климата? Именно эта идея исследуется в новой статье, опубликованной в журнале Science Advances, которую авторы назвали «преднамеренным стратосферным обезвоживанием» или ПСО.
Исследователи из Лаборатории химических наук NOAA разработали концепцию ПСО, которая предполагает рассеивание мелких частиц – небольших ледяных кристаллов в высоких слоях атмосферы, которые одновременно очень холодные и перенасыщены водяным паром. Чистый водяной пар нелегко образует кристаллы льда.
Необходимо иметь некие точки роста или ядра конденсации, например, частицы пыли, вокруг которых и конденсировалась бы излишняя влага. Если такие ядра можно будет внести в перенасыщенные воздушные массы, которые направляются в стратосферу, то часть водяного пара в этом воздухе сконденсируется в лёд и выпадет в виде осадков, тем самым удаляя избыток водяного пара и обезвоживая (по крайней мере частично) стратосферу.
Основные физические принципы, лежащие в основе этой концепции, просты в теории, но существует ли такая область атмосферы? Действительно, существует, и у неё есть название: холодная точка Западной части Тихого океана – область атмосферы размером примерно с Австралию. Основным путём проникновения водяного пара в стратосферу является восходящий перенос через тропопаузу – границу, отделяющую тропосферу от стратосферы – в тропиках.
Известно, что тропопауза над тропической западной частью Тихого океана является решающим фактором для определения количества водяного пара, который переносится в стратосферу. В этой точке достаточно холодно, чтобы естественным образом высушивать влажный воздух путём образования кристаллов льда. Вся проблема заключается в том, что чистый водяной пар не так легко образует кристаллы льда, а в воздухе довольно мало доступных ядер конденсации. Без их наличия относительная влажность воздуха по отношению ко льду должна составлять около 200%, чтобы самопроизвольно образовывались кристаллы льда.
В своём исследовании учёные использовали компьютерную модель для моделирования условий в стратосфере над Западной частью Тихого океана, основанную на наблюдениях за температурой и движениями тропического воздуха вблизи стратосферы. Это показало, что концепция ПСО была эффективной в теории.
Они также проанализировали измерения водяного пара и температуры с высоким разрешением, собранные в ходе миссии НАСА ATTREX (Airborne Tropical TRopopause EXperiment) в 2014 году. Миссия ATTREX, базирующаяся на Гуаме, использовала беспилотный самолет НАСА Global Hawk для изучения тропической тропопаузы над тропической частью Тихого океана. Измерения ATTREX показали, что из 550 областей перенасыщенного влагой воздуха, с которыми столкнулся Global Hawk, всего 10% приходится на районы где водяной пар может быть удалён с помощью ПСО.
Основываясь на этом результате, авторы установили, что климатический эффект от ПСО льда возможен только в наиболее перенасыщенном влагой воздухе. Результирующий масштаб истощения стратосферной воды приравнивался бы к снижению радиационного воздействия примерно на 1/70 часть от вызванных антропогенными выбросами CO2 с 1750 года. Это очень небольшой эффект, считают учёные, и что эффект ПСО сам по себе не смог бы противодействовать значительной части потепления, вызванного CO2.
Тем не менее, ПСО может быть ценным как один из элементов в более широком портфеле стратегий вмешательства в изменение климата и смягчения его последствий, поскольку все изучаемые методы (например, нагнетание стратосферного аэрозоля и осветление морских облаков) имеют разные положительные и отрицательные результаты и разные временные рамки эффективности. Все эти факторы влияют на принятие решения о том, заслуживает ли метод дальнейшего изучения.
Если понадобятся решения о вмешательстве в климат, для учёных будет крайне важно адекватно изучить как все методы, с помощью которых человечество могло бы менять климат, так и более широкие последствия этих методов.