This is an authorized translation of an Eos article. Это авторизованный перевод статьи Эос (Eos).
В ясный морозный день в Фэрбанксе (штат Аляска) я проследовал за исследователями Taylor D. Sullivan и Daniel Vandevort в холодный, пыльный, подземный туннель.
Они надели каски поверх вязаных шапок и провели меня через гофрированную металлическую трубу в земляной туннель. Салливан включил фонарик и осветил грунтовые стены терракотового цвета. Мы стояли внутри просторного прохода из вечной мерзлоты, уходящего в сторону холма на площадь более пяти футбольных полей.
Над нами витал запах заплесневелого сыра на скотном дворе. Пахло “бизоньими кусками и кусками мамонта”, сказал Sullivan, геофизик инженерных войск армии США из Научно-технической лаборатории по изучению северных районов, которой принадлежит туннель. Vandervort, гражданский инженер из этой лаборатории, сказал, что запах может держаться на человеке несколько дней.
Это был март 2022 года, когда я приехал на Аляску, чтобы узнать о символе изменения климата—ужасной петле обратной связи в арктическом оттаивании. Многие люди изучают таяние вечной мерзлоты, но мало кто посещает Арктику зимой. В частности, я был здесь, чтобы увидеть неразгаданную тайну таяния вечной мерзлоты: зимние выбросы метана.
Дело не только в Арктике: начиная с 2007 г. выбросы метана во всем мире растут ускоренными темпами, и ученые не уверены в их причинах. В прошлом году в атмосферу попало около 640 млн. метрических тонн метана, и его глобальная концентрация достигла самого высокого значения с момента начала сбора данных в 1983 г.
Хотя ученые полагают, что арктический метан составляет лишь небольшую часть сегодняшнего роста выбросов, они опасаются, что ситуация изменится. По словам Susan Natali из Центра климатических исследований Вудвелла в Фалмуте (штат Массачусетс), выбросы парниковых газов в результате таяния вечной мерзлоты могут использовать до 25–40% допустимых выбросов, чтобы удержать повышение температуры ниже 2°C.
Знаменательное открытие российского ученого и американского исследователя, изучавших зимние выбросы метана в 1990-х годах, выявило неучтенный ранее источник выделения метана. В последующие годы оценки потепления климата за счет вечной мерзлоты увеличились более чем в два раза.
В то время между российскими и американскими учеными не было тесного взаимодействия, и это разделение вернулось с конфликтом на Украине. Языковой барьер не позволял россиянам попасть в ведущие западные издания, а страна только что пережила распад Советского Союза в 1991 г.
Terry Chapin, в то время преподаватель Калифорнийского университета в Беркли, стремился изменить эту ситуацию не только по академическим соображениям. Его жена, Мини, изучала русский язык в колледже. “Для нас с Мини это был шанс заняться наукой вместе”.
В 1991 году Чейпин познакомился с сибирским ученым Sergey Zimov на конференции по изменению климата Арктики в Университете штата Орегон. Геофизик Зимов проделал большой путь. Он жил на удаленной северной исследовательской станции в России, которую основал в 1970-х годах вместе с тремя другими семьями. С тех пор на станции он изучал вечную мерзлоту, тундру, озера и многое другое.
“Я был просто поражен его гениальностью”, сказал Чейпин.
Находясь вдали от залов западных учреждений, Зимов имел далеко идущие планы. “У нас были такие прекрасные долгие споры”, – говорит Чейпин. “И почти в каждом случае он убеждал меня в своей правоте”.
Одна из идей Зимова: не странно ли, что в глобальных базах данных атмосферный метан достигает максимума в высоких широтах в зимний период? “Все это не укладывается в общепринятые объяснения причин выброса метана с поверхности Земли, – говорит Чейпин.
В течение многих лет Чейпин с женой навещали Зимова на его Северной Сибирской научной станции. Во время третьего визита он работал с Зимовым над тем, что стало фундаментальным открытием.
Шведский стол ледникового периода
Прошли десятилетия, и едва я сделал десяток шагов по туннелю вечной мерзлоты, как появился бизон эпохи палеолита. Его бивень торчал у самой земли, скрытый за электрическими проводами. Я спросил, можно ли его потрогать, и Вандерворт пожал плечами. “Это не музей”.
На ощупь желобки бивня были гладкими, как речной камень. Из стен выступали еще кости, и Салливан с Вандервортом объяснили их происхождение (последний ледниковый период) и возраст (от 14 до 30 тыс. лет). Эти звери бродили по травянистым равнинам внутренних районов Аляски в эпоху плейстоцена, спасаясь от когтей короткомордых медведей размером с лошадь и саблезубых кошек.
Салливан и Вандерворт вели меня дальше по коридору, увешанному лампочками, взбивая ногами мелкую пыль. Sullivan остановился, чтобы провести руками по свисающим с потолка туннеля прядям осоки. Осока была мертва уже 31 000 лет, но холод сохранил ее в таком идеальном состоянии, что травинки все еще светились зеленым хлорофиллом.
До дружбы Чейпина и Зимова ученые считали, что эти реликты ледникового периода имеют мало общего с арктическим таянием. Исследования, проведенные в начале 1990-х годов на Аляске и в Миннесоте, позволили предположить, что парниковые газы из замерзшей земли исходят от современных растений. Это не так уж и далеко от правды: в современных лесах деревья всасывают углерод, но со временем перегнивают и выбрасывают его обратно в атмосферу. Подобно циркулирующей воде в фонтане, углерод остается в замкнутом цикле.
Он не проникал в нашу атмосферу со времен мамонтов.
Но во время пребывания в Черском Чейпин собрал образцы метана из озерных пузырей над оттаивающей вечной мерзлотой и привез их в США, где уговорил своего друга провести радиоуглеродное датирование. Возраст углерода в метане составил 27 200 лет—он не проникал в нашу атмосферу со времен мамонтов.
Микробы, живущие в донных отложениях сибирских озер, превращали углерод ледникового периода в современные выбросы метана, пишут Зимов и Чейпин в своей эпохальной статье в журнале Science в 1997 г.
Микробы могут охлаждаться
Но это было не единственное их открытие. Зимов выкопал несколько кернов вечной мерзлоты из разрушающегося берега сибирского озера. Он залил эти керны озерной водой и держал их в разных температурах в лаборатории.
Газ скапливался в верхней части кернов, и Зимов сделал поразительный вывод: микробы вечной мерзлоты выкачивали метан даже при температуре от 0 до 1°С. Микробы, живущие в этой болотной экосистеме, прекрасно себя чувствовали при низких температурах.
В размороженном состоянии кубический сантиметр вечной мерзлоты может содержать миллиард микробов: миллиард микробов, поместившихся в кубике сахара.
Керны Зимова имитировали среду многих заболоченных ландшафтов вечной мерзлоты. В этой бедной кислородом среде обломки ледникового периода не могут сравниться с бактериями, которые перерабатывают целлюлозу отмерших растений в ацетат, газообразный водород и простые углеводы. Голодные метаногены—микробы, вырабатывающие метан—поглощают эти соединения и выделяют метан.
На другом конце света я смотрел на зеркальное отражение сибирской мерзлоты Зимова и Чейпина в стенах туннеля. Так получилось, что вечная мерзлота Научно-технической лаборатории по изучению северных районов оказалась “одним из самых доступных крупномасштабных местоположений едомной вечной мерзлоты на Земле”, как говорится в статье, опубликованной в журнале Frontiers in Earth Science. Едома—тип богатой углеродом вечной мерзлоты с толстым слоем льда—является тем же самым типом, который лежит в основе озер Зимов и Чейпин, и он стал синонимом коллективной тревоги ученых по поводу таяния вечной мерзлоты.
В размороженном состоянии кубический сантиметр вечной мерзлоты может содержать миллиард микробов: миллиард микробов, поместившихся в кубике сахара.
“Статья Chapin обладает дальновидностью в том смысле, что зимнее оттаивание озер происходит именно сейчас”, говорит эколог Ben Poulter, работающий в Центре космических полетов НАСА имени Годдарда в Гринбелте (штат Мэриленд) и составляющий таблицы источников метана по всему миру.
Аспирантка этой пары, Katey Walter Anthony, в дальнейшем доказала, что на выбросы метана из озер может приходиться половина всего потепления от таяния вечной мерзлоты, хотя они занимают лишь незначительную часть площади суши.
Как это часто бывает в науке, эти открытия начались с простого вопроса о зимних выбросах метана, а ответ на него привел к большему количеству вопросов, чем ответов. В следующем выпуске The Curve мы узнаем о современных исследованиях этого вопроса, включающих в себя передовое выборочное обследование воздушных проб, визиты на атомные подводные лодки и несколько разъяренных лосей.
—Jenessa Duncombe (@jrdscience), штатный писатель
Сериал The Curve рассказывает о загадочном росте содержания метана в нашей атмосфере и поисках его источника.