Еженедельно сотрудники лаборатории Земли в Боулдере (это в Колорадо) получают десятки новых проб воздуха из разных уголков мира. Их задача – вести глобальный каталог, контролировать качество воздуха и определять, каков химический состав образцов. Располагая детекторами, хроматографами, программным обеспечением, они оценивают содержание метала, азотных окисей и углекислого газа.
О чем идет речь?
Задача работников – отслеживать изменение химического состава атмосферы. Они получают образцы из разных уголков мира: от полюсов до экватора. Пробы берутся добровольцами, экипажами самолетов. Уже более 40 лет проводятся лабораторные исследования, позволяющие определить влияние парниковых газов.
Результаты показывают, что с 1983-го количество метана в воздухе неуклонно растет. Была шестилетняя пауза в начале тысячелетия, но с 2007-го зафиксировано глобальное резкое изменение. С тех пор концентрация вещества неуклонно растет. Причины этого неизвестны. Люди даже не предполагали, что такое случится. Кривая роста настолько крутая, что это кажется невозможным.
Чем больше метана вокруг нас, тем важнее быстрее выяснить причины и методы борьбы. За два десятилетия метан сохранял в атмосфере больше тепла, чем углекислый газ, примерно в 86 раз. Сегодня на его долю приходится четверть эффекта потепления. Если содержание азотных окислов и углекислого газа опасны, но предсказуемы, метан по-прежнему невозможно прогнозировать.
Метан и климат
Почему этого газа вокруг так много? Тысячелетиями человечество генерирует вещество, культивируя землю, занимаясь животноводством, выращивая рис. Воздушные пузырьки в ледяных ядрах сообщают, что концентрация метана стала втрое больше. Газ сохраняется в атмосфере около десятилетия, поэтому он – рычаг быстрого изменения климата. Как его использовать? Ученые предлагают разнообразные гипотезы, но их слишком много. Почти любая наша деятельность влияет на содержание метана. Люди ответственны за 60% выбросов газа. Он исходит из перегнивающего на свалках, из свиного навоза и полей риса. Источники метана – открытые пласты угля, животные, нефтепромышленность, газовые скважины, насосные станции, трубопроводы.
И не только
Порядка трети всех выбросов метана – болота и водные угодья планеты. Газ источается термитами, появляется в воздухе из-за пожаров и оттаивания вечной мерзлоты.
Содержание метана – основной фактор, делающий невозможным точно рассчитать углеродный бюджет планеты. Тщательные и точные измерения показали, что в атмосфере на миллиард воздушных молекул приходится 1 850 молекул метана. В доиндустриальную эпоху показатель был лишь около 700 молекул. Выяснить, как и почему это происходит, жизненно необходимо. Планета по-прежнему нагревается, а значит, нужно понять этот механизм. Выбросы метана увеличивают температурные изменения и приводят к усилению изменений гидрологических циклов. Если не удастся осознать, как это работает, нельзя будет предсказать будущее планеты.
Можно ли разобраться?
Ученые нуждаются в объяснении, которое определит причину роста концентрации метана в последние 40 лет, объяснит паузу того процесса и резкий скачок 2007 года. Есть три наиболее перспективных объяснения. Возможно, виновны микробы, живущие в воде, болотах. Сюда же относятся животноводство, сельское хозяйство.
Возможные объяснения – выбросы ископаемых энергетических источников и химические процессы. Сперва центральной стала теория ископаемого топлива. Это обусловлено тем фактом, что некоторые новые методы добычи по срокам приблизительно совпали с ростом содержания метана в воздухе. Иные ученые не согласны и считают, что животноводство – это самый главный источник.
Спутниковые данные позволяют третьей группе ученых исследовать взаимосвязь с болотами, водами и пожарами. Наконец, есть лица, уверенные, что причиной всему пропажа «метанового стока». Просуществовав около десятилетия, метан окисляется в водный пар, углекислый газ. Возможно, этот процесс ослаб. Как следствие, выросло содержание метана. Причиной может быть загрязнение атмосферы.
Причины и последствия
Ученые считают, что одновременно могут влиять несколько указанных факторов. Иные даже предполагают, что всплеска метана вообще не было, просто пауза оказалась аномальной, а в 2007-м все вернулось к нормальному течению. Возможно, стандартные процессы усугубились из-за замедления удаления метана. Если они правы, газ будет накапливаться и дальше.
Научные споры не прекращаются, поскольку даже самые точные наблюдения можно интерпретировать разными образами. Задача ученых – сбалансировать полученные сведения и сделать точные выводы. На башнях стоят датчики, спутники дают свои данные, экипажи самолетов собирают образцы воздуха для исследования. Это помогает оценить перенос выбросов из источников, а также выявить нюансы реакций с иными компонентами атмосферы. Это нисходящие методы измерения. Восходящие – это анализ сведений, получаемых из точек вблизи выброса метана. Данные, получаемые тут, экстраполируются для анализа крупномасштабных выбросов.
О факторах
Нельзя пренебрегать влиянием пожаров, горением биологических масс. Определенные данные позволяют заключить, что получение ископаемого топлива – один из ключевых факторов, повлиявших на содержание метана в воздухе.
Еще один инструмент исследования атмосферы – изотопы. Благодаря изотопам углерода ученые знают, как влияют на содержание газов микробы и термогенные источники. Метан испускается микробами. Это легкий газ, которому присущи специфические соотношения определенных изотопов. При проведении испытаний ученые могут понять, каких изотопов становится больше, а каких меньше. Это потенциально создает перевес в пользу определенных объяснений имеющейся проблемы метана.
Правда, любое объяснение, любой механизм всегда имеет ограничения. Например, недавно провели исследования, которые позволяют предположить, что текущие индикаторы содержания метана в атмосфере недостаточно надежны. Дело в том, что содержание метана, этана в разных бассейнах сильно варьируется. Объемы этана, получаемого из природного газа, определяются особенностями сырья. Словом, исследования с изотопами сейчас оказались под большим вопросом: правда ли они точны?
Варианты и теории
Иные ученые считают, что метод изотопов имеет недостаток. Например, практически не проводилось такого рода исследований применительно к образцам, полученным у болот, вод и сельскохозяйственных угодий.
В то же время ученые считают, что для получаемого из ископаемых метана диапазон значений сравнительно узок, поэтому изотопное ограничение в глобальном масштабе является действительно надежным методом – оно помогает оценить, биогенна ли причина роста метана в атмосфере или же это термогенный эффект.
С другой стороны, ученые точно знают, как влияют на среду выбросы нефтегазовой промышленности Америки. Еще в начале текущего тысячелетия один профессор из Университета Брауна занялся проблемами автомобиля, работающего на природном газе. Он понимал, что скорость расходования газа важна для климата. Знали и тот факт, что метан определяет уровень потепления климата. Это дало толчок новым исследованиям.
Возможности и пути
Сейчас экологи понимают, как сильно метан влияет на атмосферу, но все еще нет серьезных мер для изменения ситуации. Пока научное сообщество лишь выявило рычаг изменения климата, но не знает, как его применить. В 2012-м началась программа последовательного исследования метановых утечек по всей планете. Привлекли более 140 видных ученых из 40 учреждений. Было опубликовано более трех десятков достоверных работ. Ученые сформулировали, где и каковы метановые утечки по причине добычи ископаемого сырья в Америке.
Наблюдения, полученные благодаря экипажам самолетов, позволили установить, что в некоторых местах выбросы метана на 60% превышают границы, разрешенные природоохранными агентствами. А вот в нашей стране или в Иране подобных исследований не проводится, а сведения о выбросах газа, нефти очень скудны. Чтобы решить эту проблему, изобрели «Метанезат», спутник, который бы отслеживал именно метан. Проект называют амбициозным и даже безумным. Его ведет некоммерческая организация, чья работа по масштабу сравнима с НАСА.