| 16. |
Аннотация |
Известно, что метан является вторым по значимости парниковым газом, содержание которого в атмосфере Земли неуклонно продолжает расти: за последние 150 лет эмиссия возросла более чем в 3,5 раза (Stern & Kaufmann, 2005). Более того, последняя оценка вклада метана в современный потенциал глобального потепления, рассчитанная для ближайших 100 лет с включением ранее не учитываемых обратных связей в климатической системе, показала, что ранние оценки (IPCC 2001, 2007) недоучитывали климатическую роль метана примерно на 20 - 40% (Shindell et al.,2009). Одним из наименее изученных аспектов баланса атмосферного метана является роль Мирового океана, где максимально высокие его концентрации регистрируются в атмосфере Арктического региона (т.н. Арктический максимум метана). До недавнего времени предполагалось, что в формировании данного максимума участвуют исключительно наземные северные экосистемы, в то время как вклад Арктических морских экосистем не рассматривался (McGuire et al.,2009). Однако в ряде работ, посвященных исследованию морей Восточной Арктики, показано, что в качестве одной из причины увеличения концентрации метана в атмосфере Арктического региона и изменений климата необходимо рассматривать деградацию подводной мерзлоты и дестабилизация мегапула газовых (метановых) гидратов Восточно-Сибирского шельфа (Semiletov et al. 2009; Shakhova et al. 2010; Shakhova … Chernykh et al. 2014, 2015, 2017), в результате которого происходит высвобождение свобобного газа в виде всплывающих пузырьков. Пузырьки метана могут формироваться в донных осадках в случаях, когда уровни продукции метана in-situ превышают растворимость метана в поровой воде (Леин 2009; Damm et al. 2005), однако исследования, выполненные в 2011-2015 гг. в морях Восточной Арктики показали, что основная часть микробиологического метана образованного в осадках окисляется в зоне сульфат-редукции и практически не влияет на формирование полей аномально высоких концентраций растворенного в воде метана, обнаруженных в морях Восточной Арктики. Поэтому эффективный перенос метана из донных отложений в водную толщу и атмосферу возможен только в случае пузырькового транспорта (Graves et al. 2016; Schmid et al, 2016, 2017). Такие пузырьки образуют в водной толще устойчивые области, которые хорошо регистрируются акустическими методами и называются газовыми факелами. В этом контексте, актуально количественно оценить эффективность пузырькового транспорта природного метана из донных отложений через водную толщу в атмосферу: в зависимости от размера пузырей, что определяет какая доля пузырькового метана достигает атмосферы, а какая доля растворяется и окисляется метанотрофными организмами. Другими словами, разработка универсальных методов количественной оценки пузырьковой эмиссии метана из донных отложений в водную толщу и атмосферу является актуальной задачей современной науки. Авторами будет спроектирован и построен уникальный экспериментальный стенд, позволяющий, в условиях максимально приближенных к природным, проследить всплытие пузырьков с глубин, соответствующих глубинам обнаружения природных газовых факелов, и оценить количество метана, доставленного всплывающими пузырьками через водный столб до границы раздела двух сред (воды и атмосферы). Полученные результаты, позволят верифицировать известные теоретические модели газообмена между водной средой и всплывающим через нее метановым пузырьком (McGinnis et al. 2006). В результате выполнения предложенного проекта будут разработаны и протестированы новые методы оценки количества метана, доставленного всплывающими пузырьками из донных отложений в водную толщу и атмосферу, сочетающие в себе акустическую информацию, и экспериментально полученные данные о газообмене, происходящем между всплывающими пузырьками и столбом жидкости. Впервые разработанные методы будут учитывать экспериментально полученные данные об изменении газового состава, происходящем в пузырьках при всплытии, что позволит значительно, по сравнению с известными методами, повысить точность оценки количества метана, доставляемого всплывающими пузырьками в водную толщу и приводный слой атмосферы. Разработанные в результате выполнения проекта методы будут использованы для уточнения баланса метана в системе донные-осадки-водная толща Восточно-Сибирского шельфа. Применение таких методов позволит выполнить оценку количества метана, доставляемого газовыми факелами из донных отложений до границы раздела воды и атмосферы. |