Парадокс пандемии: почему остановка транспорта вызвала скачок метана в атмосфере

Метан — это парниковый газ, примерно в 30 раз более мощный, чем углекислый газ, и его концентрация в атмосфере неуклонно росла с начала измерений. Однако в 2020 году ученые были озадачены внезапным и необъяснимым скачком его уровня. Учитывая множество возможных источников и поглотителей этого газа, распутать происхождение этой аномалии оказалось сложной задачей, но исследователи полагают, что теперь им, возможно, удалось разгадать эту тайну.

Согласно новому исследованию, беспрецедентный скачок содержания метана в атмосфере в 2020 году был вызван главным образом сокращением выбросов человека во время пандемии, что временно остановило процесс естественного разрушения газа.

Более низкий уровень оксидов азота — которые выбрасывают, в частности, двигатели внутреннего сгорания автомобилей — ослабил естественную способность атмосферы к самоочищению. Это, в свою очередь, привело к резкому скачку метана, когда в начале 2020 года транспортное сообщение замерло, и уровень вернулся к допандемийным показателям в 2023 году по мере возвращения общества к нормальной жизни.

Исследование, опубликованное 5 февраля в журнале Science, объединило данные спутников, наземных станций измерения и сложные модели, чтобы распутать возможные источники дополнительного газа. Оно также выявило значительное увеличение природных выбросов в качестве второстепенного фактора, способствовавшего скачку метана.

Атмосферный метан неуклонно рос с начала ведения записей, но измерения, проведенные в 2019-2020 годах, выявили тревожное ускорение этой тенденции. Годовой прирост почти удвоился, достигнув 16,2 частей на миллиард, по сравнению с более умеренным ростом в 8,6 частей на миллиард за предыдущие 10 лет. В последующие годы выдвигались различные гипотезы для объяснения этого неожиданного скачка, включая рост использования ископаемого топлива, выбросы от водно-болотных угодий и сельского хозяйства, лесные пожары и изменения в атмосферной химии, но распутать, какие факторы на самом деле были ответственны, — чрезвычайно сложная задача.

Применив комплексный подход, исследователи объединили физические данные со всего земного шара с модельными исследованиями и симуляциями, чтобы оценить потенциальный вклад каждого источника.

Их анализ показал, что ошеломляющие 83% пика метана в 2020 году, вероятно, стали результатом снижения способности атмосферы удалять метан — явления, напрямую связанного с нарушением человеческой деятельности, вызванным пандемией.

Окисляя «всю гадость»

В частности, внезапное падение промышленных выбросов — прежде всего, токсичных оксидов азота — резко сократило производство гидроксильных (OH) радикалов в атмосфере.

«ОН — это молекула-очиститель атмосферы, — рассказал Live Science Юан Нисбет, профессор наук о Земле в Лондонском университете Ройал Холлоуэй, который не участвовал в исследовании, но написал сопроводительную статью-перспективу по его результатам. — Он окисляет всю гадость: превращает угарный газ в CO2 и, захватывая атомы водорода, превращает метан в CO2».

Команда ввела спутниковые данные о молекулах-предшественниках ОН в модель, чтобы составить карту концентрации и распределения этих очищающих радикалов в период с 2019 по 2023 год. Это выявило резкое снижение в 2020 году, что соответствует наблюдаемому росту уровня метана. Затем они сравнили этот результат со второй моделью, созданной на основе измеренных выбросов и моделей ветра, что дополнительно подтвердило гипотезу о том, что сокращение выбросов человека было основным фактором повышения метана.

Однако, предостерегает Нисбет, это не означает, что использование ископаемого топлива не является причиной роста уровня метана в целом. Хотя CO2 и менее мощный парниковый газ, он сохраняется в атмосфере гораздо дольше, поэтому переход на более чистое топливо по-прежнему остается неотложной задачей.

Природа берет свое

Оставшиеся 20% скачка, таким образом, стали результатом прямых выбросов метана. Работая в обратном направлении от спутниковых измерений, климатических данных и соотношений изотопов, команда создала серию дополнительных «инверсионных» моделей, чтобы точно определить источник этих выбросов.

Относительные уровни изотопов углерода-12 и углерода-13 — обе версии углерода с разной атомной массой — были особенно важны для этого процесса. «Источники влияют на изотопы, поэтому нужно также учитывать изотопные данные», — сказал Нисбет.

Нисбет объяснил, что биология предпочитает использовать более легкий углерод-12, что означает, что биологические источники метана, такие как крупный рогатый скот или водно-болотные угодья, влияют на пропорции углерода-12 и углерода-13 в атмосфере иначе, чем геологические источники, такие как ископаемое топливо.

«Таким образом, один из выводов, вытекающих из этого, заключается в том, что выбросы метана от ископаемого топлива относительно статичны, — сказал он. — С другой стороны, биологические выбросы значительно выросли, и это, скорее всего, происходит во влажной Африке».

Наблюдаемое увеличение выбросов метана в период с 2020 по 2023 год совпало с чрезвычайно влажными условиями в тропической Африке, вызванными необычно продолжительным периодом Ла-Нинья и климатической осцилляцией Индийского океана.

«За последние годы это вызвало огромное количество осадков в Восточной Африке, особенно в бассейне Нила, что затем приводит к затоплению Сэдда — одного из самых продуктивных водно-болотных угодий в мире, — сказал Нисбет. — Очень влажно и очень тепло означает большие болота: коровы, антилопы и буйволы, а также много папируса, который растет, отмирает, гниет и превращается в метан».

В 2023 году, с окончанием как пандемии, так и влажных условий Ла-Нинья в тропиках, рост содержания метана стабилизировался, вернувшись к уровням, предшествовавшим 2020 году. Но хотя мир, кажется, оправился от этого временного всплеска, сам факт того, что он произошел, является настоятельным призывом к действию, сказал Нисбет.

«Это первый индикатор состояния глобального климата, — сказал Нисбет. — Период полураспада метана составляет 10 лет, поэтому он постоянно оборачивается и говорит нам, что происходит что-то серьезное. Это климатическая обратная связь, и крупные биологические источники включаются, так что мы должны работать в два раза усерднее».