» » Замерзшие пузырьки метана

Замерзшие пузырьки метана

Замерзшие пузырьки метана

На фото изображены вмерзшие в байкальский лед пузырьки метана. Метановых пузырьков во льду Байкала много, они бывают самого разного размера — от практически невидимых невооруженным глазом до крупных, доходящих до десятков сантиметров в диаметре и располагающихся друг под другом.


Замерзшие пузырьки метана

Вмерзшие в лед Байкала пузырьки газа различного размера. Слева — фото Александра Марфина, справа — фото Станислава Толстнева с сайта irk.ru


Пузырьки метана поднимаются со дна озера и накапливаются под поверхностью льда, далее лед продолжает кристаллизоваться на глубину, захватывая пузырь с газом. Но откуда берется метан?

В озере Байкал накапливается большое количество осадков, богатых органикой (их мощность варьирует от 4,4 до 9 км), деятельность живущих в них архей метаногенов способствует образованию и накоплению различных типов углеводородов (нефти, битумов, этана, пропана, метилциклогексана). Они мигрируют в свободном или растворенном состоянии по направлению ко дну озера, где создаются условия, благоприятные для накопления газогидрата метана. Байкал — единственное пресноводное озеро в мире, где обнаружены скопления метановых газогидратов (по одной из оценок их объем составляет от 8,8x1011 до 9x1012 м3). Газовые гидраты (клатраты) — это кристаллические соединения, образующиеся из воды и газа при определенных условиях (низкой температуре и высоком давлении).


Замерзшие пузырьки метана

Карта расположения установленных (синие точки) и предполагаемых (красные точки) залежей газогидратов. Рисунок из статьи L. Cui et al., 2019. Methane hydrate as a «new energy»


Самые распространенные природные газогидраты — это гидраты метана и диоксида углерода. Они находятся в районах вечной мерзлоты и в глубоководных частях морей и океанов. Самая значительная часть объемов газогидратов приходится на континентальных склоны и подводные поднятия, где температуры низкие, а давление высокое. Газогидраты могут образовываться в рыхлых и уже консолидированных осадках, где они находятся в термодинамической устойчивости. Это так называемая зона стабильности гидратов (ЗГС). В различных климатических условиях она прослеживается на разных глубинах: в средних и низких широтах — свыше 500 метров, на высоких широтах — около 200 метров (кроме того, влияние оказывают также местные температурные условия). Для Байкала зона ЗГС находится в интервале глубин около 380 метров.


Замерзшие пузырьки метана

Фазовые диаграммы стабильности газовых гидратов. Желтым отмечена зона стабильности гидратов (ЗГС). Рисунок с сайта scfh.ru


Ввиду того что глубина Байкала достаточно велика (максимальная глубина составляет 1642 м), на дне создаются сочетания низкой температуры и высокого давления, благоприятные для образования газогидрата метана. Предположение о существовании на дне Байкала гидратов было выдвинуто еще в 1978 году в результате совместных работ Лимнологического института и ВНИИГАЗ. Однако впервые газогидраты в осадках озера обнаружили в 1996 году в ходе буровых работ. В ходе исследований байкальского дна в 2008–2010 годах с помощью глубоководных аппаратов «Мир» газогидраты были обнаружены непосредственно в приповерхностной части дна.


Замерзшие пузырьки метана

Отбор образцов гидрата метана на дне Байкала аппаратами «Мир» в 2009–2010 годах. а — образец кристаллогидрата (глубина 1400 метров); б — отбор образца в специальный контейнер; в — начало разложения газогидрата при подъеме его с глубины 250 метров (температура окружающей воды — 3,5°C); г — увеличенный фрагмент изображения в (видно, как начинают образовываться пузырьки метана в гидрате). фото из статьи A. V. Egorov et al., 2016. Heat and mass transfer effects during displacement of deepwater methane hydrate to the surface of Lake Baikal


Но как именно метан высвобождается из газогидратной фазы и поднимается выше зоны стабильности гидратов и либо выходит на поверхность в летнее время, либо замерзает во льду, образуя эффектные структуры? Предполагают, что существует несколько причин нестабильности газогидратов. Это и быстрое накопление осадков (например, в районе дельты реки Селенги), и тектонические движения, и миграция флюидов, и оползневые явления. Кроме того, возможен выход непосредственно гидратов метана на поверхность.

На дне озера также функционируют грязевые вулканы (см. картинку дня Грязевой вулкан), являющиеся зонами разгрузки метана, и, разумеется, метан выделяется непосредственно при деятельности архей.


Замерзшие пузырьки метана

Байкальский лед со множеством мелких пузырьков метана и несколькими крупными. фото Анны Бадиковой, Байкал, март 2021 года


Тем не менее Байкал — не единственное озеро, где поднимающийся со дна метан замерзает в ледяном покрове. Таких озер много — например, озеро Эйбрахам в Канаде. Газогидратов в нем нет, метан выделяется в ходе деятельности метаногенных архей.


Замерзшие пузырьки метана

Замерзшие пузыри метана на озере Эйбрахам. фото © Jakub Frys с сайта en.wikipedia.org, 15 января 2019 года


Изучение выделения метана из озер является очень важной задачей. Дело в том, что метан в качестве парникового газа в 30 раз сильнее, чем CO2, и озера вносят, по разным оценкам, от 6 до 16% объема в баланс атмосферного метана. Согласно данным, полученным по результатам изучения 5143 озер на Аляске, из маленьких озер поток метана выше, порядка 90 г/м2 в год, в то время как у крупных озер он меньше, около 0–15 г/м2 в год.

Если разрушить внешнюю стенку метанового пузыря, его можно эффектно поджечь

Основная причина, по которой небольшие озера имеют такие высокие потоки, заключается в том, что они находятся внутри едомы (это тип вечной мерзлоты, богатый органикой), при таянии которой выделяются значительные количества метана (см. картинку дня Едома, «углеродная бомба» из прошлого). В то время как крупные озера находились в скалистой местности, с соответственно более низким потоком метана.

Концентрации метана значительно выросли в атмосфере за последнее десятилетие, однако точно определить их источник сложно: таяние вечной мерзлоты, сельское хозяйство, заболачивание территорий — всё это способствует накоплению метана в атмосфере. Хотя озера Арктики и вечная мерзлота считаются не основными источниками метана, тем не менее глобальное потепление может его существенно увеличить.

фото Кристины Макеевой с сайта apod.nasa.gov.

Александр Марфин

02 апрель 2021 /
  • Не нравится
  • +1
  • Нравится

Похожие новости

Станция «Восток» и озеро Восток

Российская антарктическая научная станция «Восток» (на фото) была основана в 1957 году и функционирует до сих пор...

НАСА: метановая загадка Марса все еще актуальна

По словам научного руководителя миссии марсохода НАСА «Кьюриосити» Ашвина Васавада, метановая загадка Марса все еще актуальна — ученые продолжат наблюдать за колебаниями

Самое чистое озеро в мире

Глубина видимости через дистиллированную воду составляет около 80 метров. Глубина видимости озера, расположенного на Южном острове Новой Зеландии, составляет 76 метров. Впервые это недавно открытое

Уникальные трещины на льду озера Пума Юмко

Озеро Пума Юмко (Puma Yumco) расположено на Тибетском нагорье и является одним из самых отдаленных озер в мире. Озеро составляет 32 км в длину и 13 км в ширину и находится на высоте 5030 метров над

Шедевры озера Байкал

Глядя на эти поразительные фотографии, можно подумать, что инопланетяне высадились на Северном полюсе и создали эти "ледяные круги», но к этим узорам они не имеют ни какого отношения.
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Пробуждение НьирагонгоОренбургские козы под Тулузой2000 л.с. за 2 миллиона евроКак покорить Эверест?Техасский дом для летучих мышей«Вечная молодость» насекомыхКак Щедрину роман Некрасова не понравилсяНеизвестность, острота, удовольствие