Введение

Метеорологическая гипотеза Гипотеза о клатратном орудии - это предложенное объяснение периодов быстрого потепления во время четвертичного периода. Гипотеза заключается в том, что изменения потоков в верхних промежуточных водах в океане вызвали колебания температуры, которые поочередно накапливали и иногда выделяли метанклатрат на верхних континентальных склонах. Это могло бы иметь непосредственное влияние на глобальную температуру, поскольку метан является гораздо более мощным парниковым газом, чем углекислый газ. Несмотря на то, что срок жизни метана в атмосфере составляет около 12 лет, потенциал глобального потепления метана в 72 раза больше, чем углекислого газа в течение 20 лет, и в 25 раз больше, чем у у углекислого газа в течение 100 лет (33 раза, если учитывать взаимодействие аэрозолей). Далее предлагается, чтобы эти события потепления вызвали циклы Бондов и отдельные межстадийные события, такие как межстадийные события Dansgaard Oeschger. Гипотеза была поддержана для потепления BøllingAllerød и преборейных периодов, но не для межстадий DansgaardOeschger, хотя по этому вопросу все еще ведутся дебаты. Хотя это может быть важно в тысячелетних масштабах,

Механизм

Метановый клатрат, также известный как гидрат метана, представляет собой форму водяного льда, который содержит большое количество метана в своей кристаллической структуре. Потенциально большие отложения метанклатрата были обнаружены под осаждениями на океанском дне Земли, хотя оценки общего размера ресурса, данные различными экспертами, различаются на многие порядки величины, оставляя сомнения относительно размера отложений метанклатрата (особенно в жизнеспособности их извлечения в качестве топливного ресурса). Действительно, ядра с непрерывной глубиной более 10 сантиметров были найдены только в трех местах по состоянию на 2000 год, и некоторые оценки размера ресурсных резервов для конкретных месторождений / мест были основаны в основном на сейсмологии. Внезапное высвобождение большого количества природного газа из месторождений метанклатрата в результате безудержного изменения климата может стать причиной прошлых, будущих и нынешних климатических изменений. В Северном Ледовитом океане клатраты могут существовать в мелководье, стабилизированном более низкими температурами, а не более высоким давлением; они могут быть потенциально незначительно стабильными гораздо ближе к поверхности морского дна, стабилизированными замерзшей "крышкой" вечной мерзлоты, предотвращающей утечку метана. Так называемый феномен самосохранения изучался российскими геологами с конца 1980-х годов. Это метастабильное состояние клатрата может быть основой для выбросов метана, например, в период последнего ледникового максимума. Исследование 2010 года пришло к выводу о возможности запуска резкого потепления климата на основе метастабильных клатратов метана в регионе Восточно-Сибирского арктического шельфа (ESAS).

Возможные прошлые релизы

[[Файл:Залежи газогидратов по секторам. Хотя периоды повышенного атмосферного метана совпадают с периодами провала континентального склона, хотя во время последнего оледенения произошли крупные события диссоциации, при этом потепление BøllingAllerød вызвало исчезновение всего метанового гидрата в Баренцевом море в течение 5000 лет, эти события не смогли противодействовать наступлению крупного периода охлаждения Younger Dryas, предполагая, что большая часть метана осталась в морской воде после освобождения из отложений морского дна, с очень небольшим количеством в атмосферу. В 2008 году было высказано предположение, что метановый клатрат экваториальной вечной мерзлоты мог сыграть роль в внезапном потеплении "Снежной Земли" 630 миллионов лет назад. Другие события, потенциально связанные с выбросами гидрата метана, - это пермское-триасовое вымирание и палеоценовый-эоценовый теплый максимум.

Современные депозиты

Большинство отложений клатрата метана находятся в осаждениях, которые слишком глубоки, чтобы быстро реагировать, и моделирование 2007 года Арчером предполагает, что вытекающее из них вытеснение метана должно оставаться незначительным компонентом общего парникового эффекта. Клатратные отложения дестабилизируются в самой глубокой части зоны стабильности, которая обычно находится на сотни метров ниже морского дна. Устойчивое повышение температуры моря со временем проложит себе путь через осадок и вызовет начало распада самого мелкого, самого маргинального клатрата; но обычно для изменения температуры на морском дне требуется тысяча лет или больше. Однако некоторые месторождения клатратов метана в Арктике гораздо мельче, чем остальные, что может сделать их гораздо более уязвимыми к потеплению. Залегающее месторождение газа на континентальном склоне у Канады в море Бофорта, расположенном в районе небольших конических холмов на дне океана, находится чуть ниже уровня моря и считается самым мелким известным месторождением гидрата метана. Однако восточно-сибирский арктический шельф имеет в среднем 45 метров глубины, и предполагается, что под морским дном, запечатанным подводными слоями вечной мерзлоты, находятся залежи гидратов. Это означает, что когда потепление потенциально талик или пинг-подобные особенности внутри шельфа, они также будут служить в качестве газовых путей миграции для ранее замороженного метана, и много внимания было уделено этой возможности. Шахова и др. (2008) оценивают, что не менее 1400 гигатонн углерода в настоящее время заперты в виде метана и гидратов метана под арктической подводной вечной мерзлотой, и 5-10% этой площади подвергается пробоинам открытым таликом. В их статье изначально была включена строка, что "выброс до 50 гигатонн предсказанного количества гидрата [вполне] возможен для внезапного выброса в любое время". Выброс в таком масштабе увеличит содержание метана в атмосфере планеты в дванадцать раз, что эквивалентно в парниковом эффекте удвоению уровня 2008 года. Это привело к первоначальной гипотезе о пушке клатрата, а в 2008 году система Национальной лаборатории Министерства энергетики США и Научная программа по изменению климата Геологической службы США обоих определили потенциальную дестабилизацию клатрата в Арктике как один из четырех самых серьезных сценариев резкого изменения климата, которые были выделены для приоритетных исследований. В конце декабря 2008 года USCCSP опубликовал отчет, в котором оценивается серьезность этого риска. В 2012 году исследование эффектов первоначальной гипотезы, основанное на модели связанного климатического цикла углерода (GCM), оценило увеличение метана в 1000 раз (от <1 до 1000 ppmv) в течение одного импульса от гидратов метана (на основе оценок количества углерода для PETM, с ~ 2000 GtC), и пришло к выводу, что это увеличит температуру атмосферы более чем на 6 ° C в течение 80 лет. Кроме того, углерод, хранящийся в биосфере, уменьшится менее чем на 25%, что указывает на критическую ситуацию для экосистем и сельского хозяйства, особенно в тропиках. Другая оценка литературы в 2012 году определяет гидраты метана на шельфе восточных арктических морей как потенциальный триггер. Также рассматривался риск сейсмической активности, потенциально ответственной за массовые выбросы метана. В 2012 году сейсмические наблюдения, дестабилизирующие гидрат метана вдоль континентального склона восточных Соединенных Штатов, после вторжения более теплых океанских течений, позволяют предположить, что подводные оползни могут выпустить метан. Оценочное количество гидрата метана на этом склоне составляет 2,5 гигатонны (около 0,2% от количества, необходимого для возникновения ПЭТМ), и неясно, сможет ли метан достичь атмосферы. Однако авторы исследования предупреждают: "Вряд ли западная часть Северной Атлантики - единственная область, где меняются океанские течения; поэтому, по нашим оценкам, 2,5 гигатонны дестабилизирующего гидрата метана могут представлять собой лишь часть дестабилизирующего гидрата метана, который в настоящее время присутствует во всем мире". Билл МакГайр отмечает: "Возможно, существует угроза подводных оползней на побережье Гренландии, которые менее изучены. Гренландия уже поднимается, снижая давление на кору под ней, а также на подводные гидраты метана в осадочных породах вокруг ее границ, и повышенная сейсмическая активность может быть очевидна в �...

Восточно-Сибирский арктический шельф

[[Файл:Puglini 2020 laptev. Метанотрофы обычно потребляют выбросы метана в осадочных породах. В районах с высоким уровнем осаждения (вверху) микробы постоянно нарушаются, поэтому в них наиболее вероятно наблюдать активные потоки, будь то с активным восходящим потоком (справа) или без него (слева). Тем не менее, ежегодный выброс может быть ограничен 1000 тоннами или меньше. Избыток метана был обнаружен в локализованных горячих точках в устье реки Лена и на границе между Лаптевским морем и Восточно-Сибирским морем. В то время считалось, что часть таяния является результатом геологического нагрева, но большее таяние, как полагают, связано с значительно увеличенными объемами талой воды, выделяемой из сибирских рек, протекающих на север. К 2013 году та же команда исследователей использовала несколько сонарных наблюдений для количественного определения плотности пузырьков, исходящих из подводной вечной мерзлоты в океан (процесс, называемый кипячением), и обнаружила, что 100630 мг метана на квадратный метр ежедневно выделяется вдоль Восточно-Сибирского арктического шельфа (ESAS), в водной колонке. Они также обнаружили, что во время штормов, когда ветер ускоряет обмен воздушных морских газов, уровень метана в водном столбе резко падает. Наблюдения показывают, что выброс метана из морского дна будет прогрессировать медленно, а не резко. Однако арктические циклоны, вызванные глобальным потеплением, и дальнейшее накопление парниковых газов в атмосфере могут способствовать более быстрому выбросу метана из этого источника. В целом, их обновленная оценка теперь составляла 17 миллионов тонн в год. Однако эти результаты вскоре были поставлены под сомнение, поскольку эта годовая скорость выбросов означала бы, что на долю одного только ESAS приходится от 28% до 75% наблюдавшихся выбросов метана в Арктике, что противоречит многим другим исследованиям. В январе 2020 года было установлено, что скорость попадания метана в атмосферу после его выброса из отложений на шельфе в водной колонке была значительно завышена, и наблюдения за атмосферными потоками метана, взятыми из нескольких круизов судов в Арктике, вместо этого показывают, что только около 3,02 миллиона тонн метана выделяется ежегодно из ESAS. В моделирующем исследовании, опубликованном в 2020 году, было высказано предположение, что в современных условиях ежегодный выброс метана из ESAS может составлять всего 1000 тонн, при этом 2,6 - 4,5 миллиона тонн представляют собой пиковый потенциал турбулентных выбросов с шельфа.

Континентальный склон моря Бофорта

Профиль, иллюстрирующий континентальный шельф, наклон и подъём. Исследование радиоуглеродного датирования в 2018 году показало, что после 30-метровой изобаты только около 10% метана в поверхностных водах можно отнести к древней вечной мерзлоте или гидратам метана. Авторы предполагают, что даже значительно ускоренный выброс метана все равно в значительной степени не достигнет атмосферы.

Шпицберген

Хонг и другие. В 2017 году были изучены утечки метана в мелководье Арктики в Баренцевом море недалеко от Шпицбергенов. Температура на морском дне колебалась сезонно в течение последнего столетия, между и , это только повлияло на выброс метана на глубину около 1,6 метров на интерфейсе осадочной воды. Гидраты могут быть стабильными на верхних 60 метрах отложений, а текущие наблюдаемые выбросы происходят из глубже под морским дном. Они пришли к выводу, что увеличение потока метана началось сотни или тысячи лет назад, отметив, что это "эпизодическая вентиляция глубоких резервуаров, а не разделение газогидратов, вызванное потеплением". Резюмируя свои исследования, Хонг заявил: Выбросы метана, специально связанные с диссоциацией гидратов на Шпицбергене, намного ниже, чем утечки из других источников метана. Кроме того, в другой статье, опубликованной в 2017 году, было обнаружено, что только 0,07% метана, выделяемого при диссоциации газогидратов на Шпицбергене, по-видимому, достигает атмосферы, и обычно только тогда, когда скорость ветра была низкой. В 2020 году последующее исследование подтвердило, что только небольшая часть метана из сливов на Шпицбергене достигает атмосферы, и что скорость ветра оказывает большее влияние на скорость выброса, чем концентрация растворенного метана на месте. В 2017 году в одной из статей было отмечено, что выбросы метана, по крайней мере, из одного просачивающегося месторождения на Шпицбергене, были более чем компенсированы увеличением поглощения углекислого газа в результате значительного увеличения активности фитопланктона в этой богатой питательными веществами воде. Суточное количество углекислого газа, поглощаемого фитопланктоном, было в 1900 раз больше, чем количество выделяемого метана, а отрицательное (т.е. косвенное охлаждение) радиационное воздействие от поглощения CO2 было в 251 раз больше, чем потепление от выброса метана.

Текущие перспективы

В 2014 году, основываясь на своих исследованиях северных морских континентальных полей Атлантического океана США от мыса Хаттерас до Джорджа Банка, группа ученых из Геологической службы США, Департамента геологических наук, Университета штата Миссисипи, Департамента геологических наук, Университета Брауна и Технологии ресурсов Земли, обнаружила широко распространенную утечку метана с морского дна, но они не назначили конкретные даты, помимо того, что некоторые из просачиваний были более 1000 лет. В марте 2017 года метаанализ проекта USGS Gas Hydrates Project пришел к следующему выводу: в июне 2017 года ученые из Центра по гидрату газа в Арктике (CAGE), окружающей среды и климату в Университете Тромсё опубликовали исследование, в котором описаны более ста кратеров океанических осадков шириной около 300 метров и глубиной до 30 метров, образовавшихся в результате взрывных извержений, вызванных дестабилизацией гидратов метана после отступления ледяного покрова в течение последнего ледникового периода, около 15 000 лет назад, через несколько столетий после потепления BøllingAllerød. Эти районы вокруг Баренцева моря, до сих пор просачивают метан сегодня, и все еще существующие выпуклости с метанными резервуарами могут в конечном итоге иметь ту же судьбу. Позже в том же году Арктический совет опубликовал доклад SWIPA 2017, в котором предупредил, что "арктические источники и поглотители парниковых газов по-прежнему затрудняются недостатками данных и знаний". В 2018 году в перспективной статье, посвященной переломным моментам в климатической системе, было предложено, что вклад гидратов метана в изменение климата будет "незначительным" к концу века, но может составить до 1000 лет. В 2021 году Шестой оценочный доклад МГЭИК больше не включал гидраты метана в список потенциальных переломных моментов и говорит, что "очень маловероятно, что выбросы CH4 от клатратов существенно разогреют климатическую систему в течение следующих нескольких столетий". но отметил, что поскольку наземные газовые гидраты в основном образуются на глубине менее 200 метров, существенный ответ в течение следующих нескольких столетий может быть исключен.

В художественной литературе

Научно-фантастический роман "Мать штормов" Джона Барнса предлагает вымышленный пример катастрофического изменения климата, вызванного выбросом клатрата метана. В книге "Лотерея жизни" Иэна Ирвина, беспрецедентная сейсмическая активность вызывает выброс гидрата метана, что приводит к глобальному похолоданию. Гипотеза является основой эксперимента в игре PlayStation 2 Death By Degrees. В "Трансценденте" Стивен Бакстер, предотвращение такого кризиса является главной сюжетной линией. В романе "Черный молчаник" Дэвида Данна эта идея представлена как ключевой научный момент. В аниме "Эрго Прокси" серия взрывов в запасах гидрата метана уничтожает 85% видов на Земле. В романе "Дальний берег времени" Фредерика Поля представлена инопланетная раса, пытающаяся уничтожить человечество, бомбя запасы клатрата метана, тем самым выпуская газ в атмосферу. В романе Фрэнка Шетцига "Общество" рассказывается о том, что сначала кажется странными событиями, связанными с мировыми океанами. В вселенной "Лаундри файлз" Чарльза Стросса сценарий преднамеренно запускаемого клатратного пистолета рассматривается как возможная стратегия возмездия, которую может использовать Голубой ад в ответ на терминальное нарушение Бентового договора.