Ученые выяснили, как штормы влияют на выброс метана из Балтийского моря в атмосферу

Ученые Балтийского федерального университета (БФУ) имени Иммануила Канта совместно с исследователями из института океанологии им. П.П. Ширшова РАН изучили закономерности пространственно-временного распределения потока метана на границе «вода — воздух» в зависимости от сезона и источников этого газа и выяснили, как штормы влияют на выброс метана из Балтийского моря в атмосферу.

Авторы в 2022-2024 годах совершили девять рейсов на научно-исследовательских судах «Академик Иоффе», «Академик Сергей Вавилов», «Академик Мстислав Келдыш» и «Академик Борис Петров» в юго-восточную часть Балтийского моря.

Ученые стремились проверить гипотезу: действительно ли накопление метана в глубоководной бескислородной зоне моря (куда он поступает из донных осадков) ведет к усилению его потока с поверхности воды в воздух. Юго-восточная Балтика с ее низкой соленостью, высоким привносом органического вещества с речным стоком и активной хозяйственной деятельностью, по мнению авторов, представляет собой идеальную природную лабораторию для таких исследований.

«Представьте, что Балтийское море «дышит» метаном — сильным парниковым газом. Летом этот газ в глубоких слоях моря «накрыт» природной «крышкой» — слоем, образующимся из-за скачка температуры и солености воды. Однако осенью и зимой штормовые ветры перемешивают море почти до самого дна, приоткрывая временно эту «крышку». В результате накопленный на глубине метан быстро поднимается к поверхности и выбрасывается в воздух. Чем сильнее дует ветер, тем больше метана поступает в воздух. Но по пути со дна вверх метан встречает бактерии, которые разлагают метан на углекислый газ и воду. Поэтому на поверхность выходит не так уж и много метана», — рассказала один из авторов исследования, старший научный сотрудник НОЦ «Геоэкология и морское природопользование» БФУ Марина Ульянова.

Ученые получили ряд принципиально новых результатов, касающихся эмиссии метана в юго‑восточной части Балтийского моря. Выяснилось, что поверхностные воды этого региона служат постоянным источником метана для атмосферы в течение всех сезонов года, при этом интенсивность эмиссии существенно варьируется. Выявлены четкие сезонные различия: в холодный период (осень‑зима) потоки метана статистически значимо превышают показатели теплого времени года — в среднем 45 моль·км⁻²·сут⁻¹ против 8 моль·км⁻²·сут⁻¹. Такая разница во многом обусловлена экстремальными выбросами: около 10 % всех измерений в холодный период показали аномально высокие значения — от 65 до 792 моль·км⁻²·сут⁻¹.

Анализ факторов, влияющих на изменчивость потока метана, показал, что ключевую роль играет ветер — он определяет 67 % изменчивости потока метана. На долю концентрации газа в воде приходится оставшиеся 33 %. За несколько лет измерений исследователи рассчитали, что средний поток метана для всей акватории Балтийского моря составляет 30 моль·км⁻²·сут⁻¹.

В работе ученые доказали, что, если не учитывать при расчетах экстремальные штормовые выбросы, математические модели будут сильно завышать роль концентрации газа и давать неверные прогнозы. В связи с этим авторы отмечают важность натурных исследований, ведь полученные в них достоверные результаты можно впоследствии использовать для верификации математических моделей.

«Исследования потоков метана в Балтийском море проводились и ранее шведскими, финскими и немецкими учеными. Однако все ученые сходятся во мнении, что в изучении потоков крайне важна региональная составляющая, даже в таком небольшом по площади море, как Балтика. Наше преимущество заключается в экспедиционной базе из девяти регулярных рейсов в разные сезоны, что позволило оценить динамику за три года», — добавила Марина Ульянова.

Ученые отмечают, что полученные результаты важны для составления точных углеродных балансов, что особенно актуально для работающего в Калининградской области карбонового полигона «Росянка». Исследователи подчеркивают, что предложенная ими методика полностью масштабируема и может быть использована другими странами для моделирования выбросов в любых расслоенных шельфовых морях мира.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации