Учёные ошеломлены: вулканическое облако начало уничтожать метан
Когда в январе 2022 года вулкан Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай извергся под водами южной части Тихого океана, взрыв стал одним из самых мощных вулканических событий современности. Но теперь исследователи обнаружили неожиданное последствие этого извержения: огромное вулканическое облако, по-видимому, помогло уничтожить часть метанового загрязнения, произведённого самим вулканом.
Находка может иметь последствия далеко за пределами одного извержения. Учёные всё больше интересуются способами снижения содержания метана в атмосфере, поскольку этот газ вносит крупный вклад в глобальное потепление и исчезает гораздо быстрее, чем углекислый газ. Понимание того, как природа может ускорить этот процесс, в конечном итоге могло бы помочь исследователям разработать новые стратегии замедления потепления в ближайшей перспективе.
Странный сигнал в вулканическом облаке
Исследователи сделали открытие, используя спутниковые наблюдения огромного шлейфа, созданного извержением. Они обнаружили исключительно высокие уровни формальдегида — химического вещества, которое дало важную подсказку о том, что происходило внутри облака. Формальдегид производится кратковременно в ходе химических реакций, которые расщепляют метан в атмосфере. Поскольку он существует лишь короткое время, необычно большие количества формальдегида могут действовать как химический отпечаток, показывающий, что уничтожение метана активно происходит.
«Когда мы проанализировали спутниковые снимки, мы были удивлены, увидев облако с рекордно высокой концентрацией формальдегида. Мы смогли отслеживать облако десять дней, вплоть до Южной Америки. Поскольку формальдегид существует всего несколько часов, это показало, что облако должно было уничтожать метан непрерывно более недели», — объясняет доктор Мартен ван Херпен из компании «Акация Импакт Инновейшн» (нидерландская компания, занимающаяся климатическими инновациями), первый автор исследования, опубликованного в журнале «Нейчур Коммьюникейшнс».
«Известно, что вулканы выбрасывают метан во время извержений, но до сих пор не было известно, что вулканический пепел также способен частично очищать это загрязнение», — добавляет он.
Ежедневные выбросы двух миллионов коров
Согласно расчётам исследователей, вулкан выбросил около трёхсот гигаграммов метана во время извержения. Это примерно эквивалентно годовым выбросам метана более чем двух миллионов коров. В то же время шлейф удалял приблизительно девятьсот мегаграммов метана в день — количество, сравнимое с ежедневными выбросами двух миллионов коров.
Соль, солнечный свет и неожиданная химия
Исследователи полагают, что объяснение включает необычное сочетание вулканического пепла, морской воды и солнечного света. Базовая химия была впервые идентифицирована учёными в 2023 году, хотя в совершенно иной среде.
В том более раннем исследовании учёные обнаружили, что сахарская пыль, переносимая через Атлантический океан, может смешиваться с морской солью, высвобождаемой разбивающимися волнами. Вместе эти материалы образуют крошечные воздушные частицы, называемые аэрозолями железной соли. Аэрозоли — это микроскопические частицы, взвешенные в атмосфере.
Когда солнечный свет попадает на эти частицы, химические реакции могут высвобождать атомы хлора. Хлор крайне реактивен, что позволяет ему атаковать молекулы метана и помогать их расщеплять. Открытие добавило ранее недооценённый процесс в понимание учёными химии тропосферы — самого нижнего основного слоя атмосферы Земли, где происходит большая часть погоды.
«Что нового — и совершенно удивительно — так это то, что тот же механизм, по-видимому, происходит в вулканическом шлейфе высоко в стратосфере, где физические условия совершенно иные», — говорит профессор Мэтью Джонсон с кафедры химии Копенгагенского университета, один из исследователей, стоящих за обоими открытиями.
Извержение Хунга-Тонга создало необычно благоприятные условия для этой химии. Поскольку вулкан извергался под океаном, он выбросил огромные количества солёной морской воды вверх вместе с вулканическим пеплом. Часть этого материала достигла стратосферы — атмосферного слоя над тропосферой. Исследователи предполагают, что солнечный свет, попадая на эту смесь, производил высокореактивный хлор. Эти атомы хлора затем реагировали с метаном в шлейфе, помогая уничтожить часть метана, высвобожденного во время извержения. Экстраординарные количества формальдегида, обнаруженные из космоса, дали доказательство того, что этот процесс происходил.
Почему уничтожение метана важно
Метан в настоящее время составляет около одной трети глобального потепления. Хотя он гораздо менее распространён, чем углекислый газ, метан удерживает тепло чрезвычайно эффективно. За двадцатилетний период метан примерно в восемьдесят раз мощнее CO2. Есть также важное различие между двумя парниковыми газами. Метан обычно остаётся в атмосфере около десяти лет, прежде чем химические реакции удаляют его, в то время как часть углекислого газа может влиять на климат гораздо дольше. Эта относительно короткая атмосферная жизнь делает метан особенно привлекательной целью для быстрых климатических действий. Сокращение выбросов метана сегодня могло бы начать производить заметную климатическую выгоду примерно через десятилетие. По этой причине исследователи иногда описывают сокращение метана как «аварийный тормоз» изменения климата, потому что быстрое снижение уровней метана могло бы помочь уменьшить потепление в ближайшие десятилетия и потенциально снизить риск пересечения опасных климатических порогов. Сокращение метана, однако, не является заменой сокращению углекислого газа. Долгосрочная стабилизация температуры по-прежнему требует крупных сокращений выбросов CO2.
Могут ли учёные скопировать то, что сделал вулкан?
Открытие также могло бы вдохновить исследователей и компании, изучающих способы намеренного ускорения уничтожения метана. Одна развивающаяся область климатических исследований сосредоточена на удалении атмосферного метана. Вместо того чтобы только предотвращать новые выбросы метана, учёные исследуют, могут ли химические процессы безопасно увеличить скорость, с которой метан, уже находящийся в атмосфере, расщепляется. Хунга-Тонга, возможно, предоставил драматическую естественную демонстрацию одного возможного механизма. Однако крупная проблема — доказать, что любая предложенная технология действительно удаляет метан. Атмосферный метан распространён по огромным площадям, что делает относительно небольшие изменения трудными для измерения с уверенностью.
«Как вы докажете, что метан был удалён из атмосферы? Как вы узнаете, что ваш метод работает? Это очень трудно. Но здесь мы решаем эту проблему, показывая, что расщепление метана действительно можно наблюдать с помощью спутников», — говорит доктор Йос де Лаат из Королевского нидерландского метеорологического института, старший автор исследования.
Изменение метанового бюджета
Находки также могут заставить учёных пересмотреть расчёты глобального метанового бюджета. Метановый бюджет — это по сути система учёта для газа. Учёные оценивают, сколько метана поступает в атмосферу из таких источников, как водно-болотные угодья, сельское хозяйство, ископаемое топливо и геологическая активность, затем сравнивают это с количеством, удаляемым через атмосферную химию и другие процессы. По словам исследователей, атмосферная пыль ранее не была полностью включена в эти расчёты. Если вулканический пепел и другие формы минеральной пыли могут ускорять уничтожение метана, оценки того, как метан движется через атмосферу, возможно, потребуется скорректировать.
«Теперь мы знаем, что атмосферная пыль — например, от вулканического извержения — влияет на метановый бюджет, то есть на баланс того, сколько метана добавляется в атмосферу и сколько удаляется. Поскольку пыль ранее не принималась во внимание, важно, чтобы мы скорректировали данные, на которых основаны эти оценки», — говорит Мэтью Джонсон.
Спутники наблюдали, как разворачивается химия
Исследователи использовали измерения TROPOMI — усовершенствованного прибора на борту спутника «Сентинел-5П» Европейского космического агентства. TROPOMI сканирует атмосферу Земли ежедневно, отслеживая газы, связанные с загрязнением воздуха и изменением климата. Обнаружение формальдегида внутри вулканического шлейфа в стратосфере, однако, вывело прибор далеко за пределы условий, для которых обычно предназначены его стандартные измерения.
«Извлечение формальдегида из TROPOMI в стратосферном вулканическом шлейфе находится далеко за пределами стандартных рабочих условий прибора — нам пришлось тщательно скорректировать чувствительность спутника для необычной высоты сигнала и учесть помехи от высоких концентраций диоксида серы. Правильность этих коррекций была существенна для подтверждения того, что мы видели реальность», — сказала доктор Изабель де Смедт из Королевского бельгийского института космической аэрономии.
Эти коррекции позволили исследователям заключить, что необычно сильный сигнал формальдегида был подлинным и мог быть использован для отслеживания уничтожения метана внутри вулканического облака.
Возможный чертёж от природы
Команда полагает, что открытие могло бы побудить инженеров исследовать, можно ли воспроизвести естественную химию, наблюдавшуюся после Хунга-Тонга, безопасно и эффективно. «Это очевидная идея для промышленности — попытаться воспроизвести этот природный феномен — но только если можно доказать, что он безопасен и эффективен. Наш спутниковый метод мог бы предложить способ помочь выяснить, как люди могли бы замедлить глобальное потепление», — заключает Мэтью Джонсон. Любая попытка манипулировать атмосферной химией потребовала бы тщательного изучения для понимания потенциальных непреднамеренных последствий. Но Хунга-Тонга даёт исследователям необычный реальный пример уничтожения метана в огромном масштабе, а также возможный способ мониторить процесс из космоса.
О исследовании
Научная статья опубликована в журнале «Нейчур Коммьюникейшнс». Исследователи, стоящие за исследованием: Мартен ван Херпен, Изабель де Смедт, Дафна Мейдан и Альфонсо Саис-Лопес, Мэтью Джонсон, Томас Рёкманн и Йос де Лаат. Исследование поддержано организацией «Спарк Климат Солюшнс».
