Измерение температуры морского дна миллионы лет назад может показать, усиливает ли потепление океана выбросы метана

Метан — парниковый газ, примерно в 25 раз более мощный, чем углекислый газ. При низких температурах и высоком давлении он соединяется с водой, образуя гидрат метана — похожее на лед твердое вещество, огромные запасы которого существуют под морским дном. В этой форме хранится как минимум 1800 гигатонн углерода, а по некоторым оценкам — даже более 20 000 гигатонн. Для сравнения, количество углерода, которое человечество выбросило в виде CO₂ от сжигания ископаемого топлива с начала индустриализации, составляет 475 гигатонн.

Гидрат метана хрупок — при повышении температуры он может разложиться на метан и воду. Газообразный метан затем выходит из осадков через «метановые сипы». Ученые опасаются, что эти выбросы могут усилиться из-за изменения климата и тем самым дополнительно подстегнуть парниковый эффект. Пока нельзя с уверенностью сказать, насколько велика эта опасность. «Но, возможно, взгляд в прошлое может дать нам ответ», — объясняет Йенс Фибиг, чья рабочая группа провела исследование совместно с Гамбургским университетом и Шанхайским океаническим университетом.

Ведь Земля переживала и более длительные теплые периоды в прошлом. Однако до сих пор точно неизвестно, в какой степени дестабилизировались залежи гидрата метана и какой эффект это оказало на дегазацию. «Это связано с тем, что температуру на океаническом дне сотни тысяч или миллионы лет назад до сих пор не удавалось измерить с достаточной точностью и нельзя было напрямую связать эту температуру с потоком метана», — объясняет Йорн Пекманн из Гамбургского университета.

Однако в 2020 году исследовательская группа Фибига разработала метод, который, как теперь показано в статье в Science Advances, может быть пригоден для этой цели — двойную термометрию сгруппированных изотопов.

Микроорганизмы используют метан как источник энергии

Метан, выделяющийся из залежей, в значительной степени потребляется микроорганизмами. Они живут в океанических осадках, покрывающих залежи гидрата метана, и газ служит им источником энергии. Впоследствии углерод минерализуется в твердых отложениях, состоящих из карбоната. Карбонатные минералы содержат как углерод, так и кислород, которые встречаются в разных вариантах. Они известны как изотопы и различаются по массе.

«Двойная термометрия сгруппированных изотопов измеряет степень, с которой тяжелые изотопы группируются в карбонате. Это внутреннее расположение тяжелых изотопов внутри карбоната позволяет нам как рассчитать температуру, при которой образуется минерал, так и определить вклад нетемпературных эффектов», — объясняет коллега Фибига, доктор Филипп Штаудель, руководивший исследованием.

«Мы показываем, что эти нетермические эффекты содержат «отпечаток пальца» микробного сообщества и потока метана, который их поддерживал. Более того, мы смогли скорректировать этот систематический нетермический эффект, что, наконец, позволяет нам точнее определить температуру осадков во время образования этих карбонатов», — говорит Штаудель. «Как температура, так и нетермическая информация, записанная в карбонатах, могут быть использованы в будущем для реконструкции того, в какой степени нагревание океанов могло привести к усилению дегазации».