Ученые Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта И Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН 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, чтобы установить закономерности пространственно-временного распределения потока метана на границе «вода — воздух» в зависимости от сезона и источников этого газа в период с 2022 по 2024 годы. Результаты исследования опубликованы в журнале Estuarine, Coastal and Shelf Science.
Пресс-служба Минобрнауки РФ рассказала порталу Наука Mail о том, что 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 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.
Результаты исследования важны для точного учета углерода — особенно для карбонового полигона «Росянка» в Калининградской области, одного из первых в России (проект стартовал в 2021 году по указу Президента).
Ученые выяснили: средний поток метана в Балтийском море — 30 моль·км⁻²·сут⁻¹. При этом штормовые выбросы резко увеличивают выделение газа, и если их не учитывать, модели дают ошибочные прогнозы, завышая влияние концентрации метана. Поэтому натурные измерения критически важны — они помогают проверить и улучшить математические модели. Метод, разработанный учеными БФУ им. И. Канта и Института океанологии РАН, можно применять в любых расслоенных шельфовых морях мира.
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.
Ученые выяснили, что юго-восточная часть Балтийского моря круглый год выделяет метан в атмосферу, но интенсивность выбросов сильно варьируется по сезонам. Зимой и осенью поток метана в среднем — 45 моль·км⁻²·сут⁻¹, а летом и весной — всего 8 моль·км⁻²·сут⁻¹. Такая разница связана с экстремальными выбросами: в холодный период около 10% измерений показали аномальные значения — от 65 до 792 моль·км⁻²·сут⁻¹.
Особый случай — май 2023 года: над Гданьской впадиной зафиксировали рекордный выброс — 1100 моль·км⁻²·сут⁻¹, что классифицируется как ураганный уровень.
Главный фактор, влияющий на эмиссию, — ветер: он объясняет 67% изменчивости потока. Концентрация метана в воде — ответственна за оставшиеся 33%.
Для получения этих данных применялся комплексный междисциплинарный подход. Температуру и соленость воды фиксировали путем непрерывного зондирования с использованием мультипараметрического CTD-зонда. Пробы морской воды исследовали методом фазово-равновесного дегазационного анализа (headspace) на газовом хроматографе «КристалЛюкс-4000М». Скорость ветра измеряли с помощью метеостанции Kestrel 4000, а затем приводили значения к высоте 10 м по формуле Хельмана.
Исследование, как часто и бывает, оставило больше вопросов, чем ответов. Не все полученные результаты мы можем сейчас объяснить. Морская экосистема сложнее, чем наземная, и современной океанологии (особенно, на стыке с биологией) не всегда хватает знаний для интерпретации полученных величин. Нам предстоит разгадать природу так называемого «океанического метанового парадокса» — причин появления пиков концентрации газа в хорошо насыщенном кислородом приповерхностном слое моря. Также крайне важно провести исследования в октябре, когда штормовая активность в Балтийском море резко возрастает и могут происходить самые мощные эмиссии, по которым у нас пока нет достаточного количества данных.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что вода в Балтийском море темнеет рекордными темпами: ученые назвали причину.