Том 38, номер 06, статья № 8

Аннотация:

На основе численного моделирования получены оценки мощности и пространственное распределение зоны стабильности гидратов метана (ЗСГМ), связанной с существованием субаквальной мерзлоты. По результатам расчета природной температуры арктических морей по моделям из ансамбля CMIP6 с учетом сценария с высокими антропогенными выбросами парниковых газов (SSP5-8.5) установлено, что уменьшение ЗСГМ слабо зависит от современного потепления и происходит в основном со стороны нижней границы. Этот процесс является прежде всего следствием голоценовой трансгрессии моря и зависит от интенсивности геотермического потока. Получено пространственное распределение потоков метана из донных отложений, обусловленных разложением газовых гидратов при нарушении условий их существования. Оценка интенсивности эмиссии метана из морского дна в воду составила 15 Тг/год для периода 1850–2014 гг. и 16–17 Тг/год – до 2300 г. (соответствующие оценки интенсивности эмиссии из воды в атмосферу в работе не проводились). Существенное изменение интенсивности эмиссий метана из дна в воду маловероятно по крайней мере в следующие несколько тысяч лет. Полученные поля потоков метана из донных отложений могут быть использованы в численных моделях океана для оценки эмиссии метана в атмосферу.

Ключевые слова:

эмиссия метана, Арктика, зона стабильности гидрата метана, численное моделирование

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Romanovskii N., Hubberten H.-W., Gavrilov A., Eliseeva A., Tipenko G. Offshore permafrost and gas hydrate stability zone on the shelf of East Siberian seas // Geo-Mar. Lett. 2005. V. 25. P. 167–182. DOI: 10.1007/s00367-004-0198-6.
2. Malakhova V.V., Eliseev A.V. Subsea permafrost and associated methane hydrate stability zone: How long can they survive in the future? // Theor. Appl. Climatol. 2024. V. 155. P. 3329–3346. DOI: 10.1007/s00704-023-04804-7.
3. Bauch H.A., Mueller-Lupp T., Taldenkova E., Spielhagen R.F., Kassens H., Grootes P.M., Thiede J., Heinemeier J., Petryashov V. Chronology of the Holocene transgression at the North Siberian margin // Glob. Planet. Change. 2001. V. 31. P. 125–139. DOI: 10.1016/S0921-8181(01)00116-3.
4. Ruppel C.D., Kessler J.D. The interaction of climate change and methane hydrates // Rev. Geophys. 2017. V. 55. P. 126–168. DOI: 10.1002/2016RG000534.
5. Алексеев Г.В., Харланенкова Н.Е., Вязилова А.Е. Арктическое усиление: роль междуширотного обмена в атмосфере // Фундамент. прикл. климатол. 2023. Т. 9, № 1. С. 13–32. DOI: 10.21513/2410-8758-2023-1-13-32.
6. Previdi M., Smith K.L., Polvani L.M. Arctic amplification of climate change: A review of underlying mechanisms // Environ. Res. Lett. 2021. V. 16. P. 093003. DOI: 10.1088/1748-9326/ac1c29.
7. Janout M., Hölemann J., Juhls B., Krumpen T., Rabe B., Bauch D., Wegner C., Kassens H., Timokhov L. Episodic warming of near-bottom waters under the Arctic sea ice on the central Laptev Sea shelf // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43. P. 264–272. DOI: 10.1002/2015GL066565.
8. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Masson-Delmotte V., Zhai P., Pirani A., Connors S., Péan C., Berger S., Caud N., Chen Y., Goldfarb L., Gomis M., et al. (eds.). Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2021. 2391 p. DOI: 10.1017/9781009157896.
9. Shu Q., Wang Q., Årthun M., Wang S., Song Z., Zhang M., Qiao F. Arctic Ocean Amplification in a warming climate in CMIP6 models // Sci. Adv. 2022. V. 8, N 30. DOI: 10.1126/sciadv.abn9755.
10. Малахова В.В., Елисеев А.В. Чувствительность температуры придонного слоя морей арктического шельфа к температуре воздуха в XX–XXIII вв. по данным CMIP6 // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2024. Т. 79, № 2. C. 108–120.
11. Bogoyavlensky V., Kishankov A., Kazanin A. Evidence of large-scale absence of frozen ground and gas hydrates in the northern part of the East Siberian Arctic shelf (Laptev and East Siberian seas) // Mar. Petrol. Geol. 2023. V. 148. P. 106050. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2022.106050.
12. Shakhova N., Semiletov I., Chuvilin E. Understanding the permafrost–hydrate system and associated methane releases in the east Siberian Arctic Shelf // Geosci. 2019. V. 9. P. 251. DOI: 10.3390/geosciences9060251.
13. Wilkenskjeld S., Miesner F., Overduin P.P., Puglini M., Brovkin V. Strong increase in thawing of subsea permafrost in the 22nd century caused by anthropogenic climate change // The Cryosphere. 2022. V. 16, N 3. P. 1057–1069. DOI: 10.5194/tc-16-1057-2022.
14. You K. Biodegradation of ancient organic carbon fuels seabed methane emission at the Arctic continental shelves // Global Biogeochem. Cycl. 2024. V. 38. DOI: 10.1029/2023GB007999.
15. Skeie R.B., Hodnebrog Ø., Myhre G. Trends in atmospheric methane concentrations since 1990 were driven and modified by anthropogenic emissions // Commun. Earth Environ. 2023. V. 4. P. 317. DOI: 10.1038/s43247-023-00969-1.
16. Черных Д.В., Космач Д.А., Шахова Н.Е., Саломатин А.С., Салюк А.Н., Доманюк А.В., Спивак Э.А., Гершелис Е.В., Дударев О.В., Красиков В.А., Ананьев Р.А., Семилетов И.П. Количественная оценка пузырькового метана, достигающего приводных слоев атмосферы в Арктике // Изв. Том. политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2024. Т. 335, № 12. C. 184–197. DOI: 10.18799/24131830/2024/12/4788.
17. Thornton B.F., Prytherch J., Andersson K., Brooks I.M., Salisbury D., Tjernström M., Crill P.M. Shipborne eddy covariance observations of methane fluxes constrain Arctic sea emissions // Sci. Adv. 2020. V. 6. DOI: 10.1126/sciadv.aay7934.
18. Puglini M., Brovkin V., Regnier P., Arndt S. Assessing the potential for non-turbulent methane escape from the East Siberian Arctic shelf // Biogeosci. 2020. V. 17. P. 3247–3275. DOI: 10.5194/bg-17-3247-2020.
19. Malakhova V.V. Modeling of the Arctic subsea permafrost thawing under possible climate warming // Proc. SPIE. 2023. V. 12780. P. 127804U. DOI: 10.1117/12.2688510.
20. Moridis G.J. Numerical studies of gas production from methane hydrates // Soc. Petrol. Eng. J. 2003. V. 32, N 8. P. 359–370.
21. Biastoch A., Treude T., Rupke L., Riebesell U., Roth C., Burwicz E.B., Park W., Latif M., Böning C.W., Madec G., Wallmann K. Rising Arctic Ocean temperatures cause gas hydrate destabilization and ocean acidification // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38, N 8. P. L08602. DOI: 10.1029/2011GL047222.
22. Majumdar U., Cook A. The volume of gas hydrate-bound gas in the northern Gulf of Mexico // Geochem. Geophys. Geosyst. 2018. V. 19, N 11. P. 4313–4328. DOI: 10.1029/2018GC007865.
23. Klauda J., Sandler S. Global distribution of methane hydrate in ocean sediment // Energy Fuels. 2005. V. 19, N 2. P. 459–470. DOI: 10.1021/ef049798o.
24. Davies J.H. Global map of solid Earth surface heat flow // Geochem. Geophys. Geosys. 2013. V. 14. P. 4608–4622. DOI: 10.1002/ggge.20271.
25. Ganopolski A., Winkelmann R., Schellnhuber H. Critical insolation-CO₂ relation for diagnosing past and future glacial inception // Nature. 2016. V. 529, N 7585. P. 200–203. DOI: 10.1038/nature16494.
26. Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., Collins W., Deaven D., Gandin L., Iredell M., Saha S., White G., Woollen J., Zhu Y., Chelliah M., Ebisuzaki W., Higgins W., Janowiak J., Mo K.C., Ropelewski C., Wang J., Leetmaa A., Reynolds R., Jenne R., Joseph D. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1996. V. 77. P. 437–471. DOI: 10.1175/1520-0477(1996)077<0437:TNYRP>2.0.CO;2.
27. Mokhov I.I., Malakhova V.V., Arzhanov M.M. Model estimates of intra- and intersentennial degradation of permafrost on the Yamal Peninsula under warming // Doklady Earth Sci. 2022. V. 506, N 2. P. 782–789. DOI: 10.1134/S1028334X22600426.
28. Малахова В.В., Крайнева М.В. Чувствительность модели эмиссии метана с акватории морей арктического шельфа к параметризации процесса газообмена // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 6. С. 519–526. DOI: 10.15372/AOO20240611; Malakhova V.V., Kraineva M.V. Sensitivity of the model of methane emission from Arctic shelf seas to gas exchange parameterization // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 5. P. 698–705.
29. Miesner F., Overduin P.P., Grosse G., Strauss J., Langer M., Westermann S., Schneider von Deimling T., Brovkin V., Arndt S. Subsea permafrost organic carbon stocks are large and of dominantly low reactivity // Sci. Rep. 2023. V. 13. P. 9425. DOI: 10.1038/s41598-023-36471-z.
30. Богоявленский В.И., Кишанков А.В., Казанин А.Г. Мерзлота, газогидраты и сипы газа в центральной части моря Лаптевых // Докл. РАН. 2021. Т. 500, № 1. С. 83–89. DOI: 10.31857/S2686739721090048.