Не просто лёд: как замерзающие озера становятся 'бомбами' замедленного действия для климата

Природные водоемы и искусственные водные объекты (озера и водохранилища) являются одними из наиболее значимых источников метана в планетарном масштабе. Большинство водоемов на Земле периодически покрывается льдом, что существенно осложняет сезонную картину эмиссий метана и тем самым затрудняет более точную оценку их вклада в глобальный бюджет этого парникового газа. 

В обзорной статье учёных из Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН (Н.Б. Устинова (ЛПГ), С.А. Агафоновой и В.С. Казанцева (ЛПГ)) систематизированы данные по накоплению метана в замерзающих водоемах в период ледостава и его отсроченном выбросе в атмосферу при весеннем вскрытии льда. Авторы подробно обсуждают факторы, способствующие и препятствующие зимнему накоплению метана во льду и подо льдом и влияющие на величину весеннего выброса, а также актуальные подходы к оценке этого выброса. В статье наглядно показано, почему эти процессы так важно учитывать в климатических моделях. 

Что происходит подо льдом? В замерзающих озерах со сплошным ледяным покровом запас растворенного метана подо льдом увеличивается за период ледостава на 1–2 порядка. Содержание метана во вмерзших в лед газовых включениях может достигать 73% для пузырьков донного происхождения над точечными источниками газовыделений (сипами) и не превышает 10–20% для пузырьков, дегазирующихся из водной толщи. 

Весенний выброс При таянии льда весной накопленный за зиму метан высвобождается в атмосферу за очень короткий срок — от считанных дней до нескольких недель. Вклад весеннего выброса в годовую эмиссию метана из замерзающих водоемов варьирует в максимально широких пределах (от 0 до 100%). В изученных арктических озерах на него приходится в среднем 36% годовых выбросов метана; аналогичная оценка для исследованных озер умеренной зоны составляет 18%. А среди промерзающих до дна мелких водоёмов есть и такие, в которых почти вся годовая эмиссия приходится на этот кратковременный период. 

Почему это так сложно измерить? Оценки сильно разнятся, и вот почему: 

Неоднородность. Пузырьки метана распределены во льду крайне неравномерно. 

Зимние утечки. Метан может улетучиваться в атмосферу и зимой, если в ледяном покрове присутствуют трещины и/или незамерзающие пропарины, образующиеся над особо мощными источниками донных газовыделений (сипами). 

Бактерии-«пожиратели». Часть растворённого метана утилизируется бактериями-метанотрофами, окисляющими его до диоксида углерода (CO₂) даже зимой. До наступления весны эти бактерии могут «съедать» более половины метана, концентрирующегося подо льдом в период ледостава. Таким образом наиболее предпочтительны интегральные подходы к оценке весеннего выброса (в частности, метод турбулентных пульсаций), позволяющие регистрировать валовый поток метана из вскрывающегося ото льда водоема. 

Почему это важно для климата? Систематизированные в статье данные могут использоваться как при планировании полевых кампаний на замерзающих водоемах, так и при разработке моделей, учитывающих влияние ледяного покрова на эмиссии метана из таких водоемов. Особенно это актуально для России, на территории которой находится огромное количество замерзающих озер и водохранилищ. Рисунок: Механизмы концентрирования метана в водной толще и ледяном покрове замерзающих водоемов (a) и препятствующие этому концентрированию процессы (б). 

Подробнее читайте в статье.