"- Друзья! У нас две проблемы. Минобороны и пуговица. Пуговицу мы найти можем? Чисто теоретически? Можем. А с Минобороны… ничего. Вывод: ищем пуговицу."
— спектакль «День радио»
Метан, выделяющийся при таянии мерзлоты.
tl;dr
- Предложена новая («мерзлотная») модель углеродного цикла вместо старой («океанической»).
- Углерода на 30 триллионов долларов (по тарифам парижского соглашения) находится в мерзлоте.
- Мерзлота тает.
- Мерзлота тает быстро, у нас в запасе лет 20-30.
- Более 20 лет в Якутии суровые мужики создают «Парк плейстоценового периода».
- Россия может управлять составом глобальной атмосферы.
Под катом — первая видеолекция Сергея Зимова и краткий конспект.
Плейстоценовый парк — заказник на северо-востоке Якутии в нижнем течении Колымы, в 30 километрах к югу от посёлка Черский, в 150 км к югу от побережья Северного Ледовитого океана. Создатель и научный руководитель заказника — российский эколог Сергей Афанасьевич Зимов.
В заказнике проводится эксперимент по воссозданию экосистемы «мамонтовых тундростепей» плейстоцена, существовавшей на больших территориях Северного полушария во времена последнего оледенения.
Мамонтовые тундростепи предположительно были в десятки раз более продуктивными, чем существующие сейчас на их месте лесотундровые и болотисто-тундровые биоты. В результате вымирания крупных травоядных около 10000—12000 лет назад (мамонт, шерстистый носорог, большерогий олень и др.) система деградировала до нынешнего состояния. По мнению многих учёных, существенную или даже решающую роль в этом вымирании сыграли охотники верхнего палеолита.
Идея плейстоценового парка состоит в интродукции сохранившихся видов мегафауны с целью воссоздания почв и ландшафтов, характерных для мамонтовых тундростепей, что должно привести к воссозданию высокопродуктивного травяного покрова. На территории парка живут якутские лошади, северные олени, лоси, овцы, овцебыки, яки, зубры и маралы.
— Википедия
Место
Низовье реки Колымы. Рядом океан, морской порт, взлетная полоса. Удобная логистика.
Контекст
Когда совсем нет никаких дорог, то есть вездеход. Манипулятор на крыше позволяет не только поднимать грузы до 2 тонн весом, но и устанавливать на них научное оборудование.
В добавление к тому, что этот вездеход ходит везде, он ещё и плавает. Это качество несколько раз было причиной того, что эта техника всё ещё доступна на станции.
Катер на воздушной подушке передвигается по любой ровной поверхности, будь то вода, лед или песок. Техника является незаменимой когда лед на реке либо ещё либо уже непригоден для езды на традиционных видах техники.
Летающая лаборатория
2-4 местный самолет позволяет взлетать с воды в летнее время и оборудуется лыжами в зимний период. Поднимается на высоту до 3 километров с крейсерской скоростью 160 км/ч
Здание Орбиты. В здании располагаются лаборатории, офис, конференц-зал, жилые помещения со всеми удобствами
Вышка в парке c научным оборудованием, позволяющим, кроме всего прочего, измерять потоки СО2 и СН4 на всей территории парка. Вышка была установлена в 2007 году
vk.com/album-30860130_148245653
У этой девушки — «Лучшая диссертация США».
Терри Чапин — самый высокоцитируемый академик США
Мерзлота
Одна полоса — земля, одна полоса — лёд. До 90 метров.
Теплеет, и мерзлота начала таять.
Летом бывает до +35
Если мерзлота начинает таять — начинается эрозия.
17 лет назад мы пригнали бульдозер и смоделировали лесной пожар. Удалили моховой покров (типа сгорел), где-то всковырнули поглубже.
В июне мы соскребли, а в сентябре уже вскрылась решетка полигональных льдов, система канав.
И понеслась…
Глобальная проблема
Едомовые толщи содержат очень много органики.
Раньше здесь была высокопродуктивная степь с миллионами мамонтов, лошадей и бизонов. Навоза и травы.
Мерзлота набита корешками.
Богатые почвы мамонтовой экосистемы.
В мерзлоте спят «микробы», а сегодня они «просыпаются» голодные, 30 000 лет ничего не ели. Они начинают доедать то, что не съели тогда. А еды полно. Гумуса почти нет. Когда толща оттаивает, она выделяет углекислый газ, если сухо, если переувлажнено — метан.
Месторасположение мощных толщ.
В чем отличие от «другой мерзлоты»?
Содержание углерода до 10%, как в богатых почвах. Но если по всему миру богатые почвы — это полметра, то у нас — десятки метров.
За счет того что много микробов и органика лабильная, вкусная, идет мощное продуцирование углекислого газа.
В сравнении с современными почвами (богатые у поверхности), плейстоценовые почвы богаты «в глубину», по углекислому газу и метану.
Органики настолько много, что для оттаивания не требуется потепление климата. Две большие кучи — современная почва (4м) и высокопродуктивная почва (3м).
На мат. моделях мы рассчитали. С 10-го года пошло таяние мерзлоты при стабильном климате.
А при высоком содержании органики, почва практически сразу «загорается».
«Кусок дна всплыл».
Углекислый газ считается «главным», но метан по парниковым эффектам в 20 раз мощнее. Есть много мест, где мерзлота оттаивает в анаэробных условиях — во всех термокарстовых озерах, где мерзлота тает под водой.
Раньше, 25 лет назад, озер, как источников метана, не было. В наших озёрах в любое место ткни палку — мощное бурление. До 60 литров метана на квадратный метр.
Метан чувствителен к давлению. Пересыщенная метаном толща выглядит как сыр. Чтобы спровоцировать выделение метана — достаточно топнуть ногой или палкой ткнуть.
Если подкараулить такую погоду, чтобы была низкая вода и не было волн, то на арктических морях можно увидеть хорошее метановыделение.
В реках это повсеместно — как только падает уровень — пузырьки со всех мест. А в озерах уровень стабильный. В них метаногенез привязан к атмосферному давлению. как низкое давление — так выделение метана. А низкое давление — это обычно ветер, дождь, циклон, шторм, т.е. низкая видимость.
Если «удачная» осень, и первый мороз без ветра, то озера вот так замерзают.
Это полынья, тут бурлят пузыри. «Hot spot». Непрерывная струя газовыделения, тянущая за собой тёплую воду.
Но в сильный мороз может и застыть.
Некоторые не замерзают даже в сильный мороз.
«Котёнок», «кошка», «котяра», «хотспот» — классификация газообразований.
В тундре осенью с воздуха легко найти все газовыделения.
Аспиранты сначала очистили снег, а потом и 30 см льда… Всё ради подробной карты газовыделения.
Бывает, что скапливается 200-300 литров метана.
Озер много, но самое мощное газовыделение идет там, где подмываются мамонтовы почвы, где свежая органика попадает в зону таяния.
Мерзлота тает. Надо оценить, какая часть выйдет углекислым газом, а какая — метаном. Набиваем трубы едомой.
Содержание углекислого газа растет до 20% (в почве), потом рост прекращается. Микробы настолько интенсивно потребляют кислород, что глубже метра кислород не проникает.
Содержание углекислого газа и метана. В сухой почве идет метаногенез.
Треть мерзлоты — «поверхностная», которая начала таять. В ближайшие 20-30 лет вероятна эмиссия сотен гигатонн углерода.
Вопросов очень много.
Было трудно опубликовать эти исследования. Мы измерили площадь на которой лежит едома, измерили её толщину, померили содержание углерода и получили громадные гигатонны. Но 10 лет я не мог это опубликовать. Рецензенты пишут разгромные рецензии. И так каждый год 10 лет подряд, пока Science не опубликовал статью без рецензии.
Мы сделали модель почвенного осадконакопления. Черное это гумус, серое — лабильная органика.
Фотосинтез не требует температур, а вот декомпозиция очень чувствительна к температуре. На севере частая ситуация, когда в глубине органики больше чем на поверхности. В европе тоже была мерзлота, а значит, когда она оттаивала, тоже выделялись парниковые газы.
И почему я долго не мог опубликовать ничего про мерзлоту, потому что после измерений написал, что раньше мерзлоты было больше и при её оттаивании тоже выделялись парниковые газы вот в таких-то количествах. А это уже кардинально меняет схему углеродного цикла.
Метан из наших озёр очень своеобразен по изотопному составу — нет тяжелых изотопов.
Эмиссия метана из мерзлоты имеет уникальный изотопный состав.
Что произошло на рубеже плейстоцена и голоцена. Причина резкого изменения количества метана долго обсуждалась (экспансия болот, эмиссия из газогидратов).
Поле изотопов. Содержание дейтерия в метане и углерода-13.
Восстановили динамику основных источников метана в атмосфере.
Во время ледниковых эпох главным источником метана в атмосфере были травоядные: коровы, олени, козлы. У лошадей, свиней, мамонтов эмиссия в 4 раза меньше.
А потом начала таять мерзлота.
Выделился метан, а что с ним потом происходит в атмосфере? Он за 10 лет окисляется до углекислого газа, за счет фотохимических реакций.
Если проинтегрировать график, то получается, что на рубеже плейстоцен-голоцен, порядка 300 гигатонн углерода поступило в атмосферу только в виде метана при таянии (европейской) мерзлоты.
Если в эмиссии метана мерзлота была главной составляющей, то мы можем сказать, что в эмиссии углекислого газа она тоже была главной.
Народ стал восстанавливать бюджет углерода в плейстоцене. В голоцене площадь лесов выросла в 10 раз. Лесов до этого было мало, крупнейшим биомом была мамонтова степь. Многие уверены, что мамонтова степь выглядела как полярная пустыня и предположили, что содержание углерода в ней 100 гр на квадратный метр (в полярных пустынях и то больше!). А раз крупнейший биом содержал 100гр/кв.м, то сухопутные экосистемы в прошлом имели на 500 гигатонн меньшие углерода. Т.е. в атмосфере было на 100 гигатонн меньше, на суше на 500 гигатонн меньше. Только океан был «ответом». Значит в эпоху ледников океан поглощал порядка 600 гигатонн углерода. А содержание углекислого газа в атмосфере было меньше, а океан всегда в равновесии с атмосферой.
Сообщество океанологов 20 лет искало чёрную кошку в тёмной комнате. Перебрали все варианты — не работают.
Океан не забирал, а отдавал углерод!
А от того, как мы понимаем углеродный цикл, зависит, на что тратить деньги при борьбе с изменением климата.
Продолжение следует…
Контакты
СМИ
- Дом для мамонта
- Хороший забор — главное условие восстановления мамонтовых степей
- Парк ледникового периода
- Уникальный научный эксперимент, начатый в Якутии более 30 лет назад, продолжается
- Welcome to Pleistocene Park: The mammoth plan to recreate an ice age ecosystem in Siberia
- Pleistocene Park: Return of the Mammoth's Ecosystem
P.S.
- Zimov S.A., G.M.Zimova, S.P.Daviodov, A.I.Daviodova, Y.V.Voropaev,
Z.V.Voropaeva, S.F.Prosiannikov, O.V.Prosiannikova, I.V.Semiletova, I.P.Semiletov. Winter biotic activity and production of CO2 in Siberian soils: a factor in the greenhouse effect. Jour. Geophys. Res., 1993, 98, 5017- 5023. - Semiletov I.P., Zimov S.A., Voropaev Yu.V., Daviodov S.P., Barkov N.I., Gusev A.M., Lipenkov V.Ya. (1994) Atmospheric Methane in past and present. Trans, (Doklady) Russ. Acad. Sci. v. 339, n 2, p.253-256.
- Zimov, S. A., Chuprynin, V. I., Oreshko, A. P., Chapin III, F. S., Reynolds, J. F., and Chapin, M. C. (1995) Steppe-tundra transition: a herbivore-driven biome shift at the end of the pleistocene. American Naturalist. 146:765-794.
- Zimov, S.A., V.I. Chuprynin, A.P. Oreshko, F.S. Chapin, III, M.C. Chapin, and J.F. Reynolds. 1995. Effects of mammals on ecosystem change at the Pleistocene-Holocene boundary. Pages 127-135 In: F. S. Chapin, III, and Ch. Körner, eds. Arctic and Alpine Biodiversity: Patterns, Causes and Ecosystem Consequences. Springer-Verlag, Berlin.
- Chapin, III, S.A. Zimov, G.R. Shaver, and S.E. Hobbie. 1996. CO2 fluctuation at high latitudes. Nature 383: 585-586.
- Zimov, S.A., S.P. Davidov, Y.V. Voropaev, S.F. Prosiannikov, I.P. Semiletov, M.C. Chapin, and F.S. Chapin, III. 1996. Siberian CO2 efflux in winter as a CO2 source and cause of seasonality in atmospheric CO2. Climatic Change 33:111-120
- Semiletov I.P., Pipko I.I., Pivovarov N.Ya., Popov V.V., Zimov S.A., Voropaev Yu.V., and S.P.Daviodov (1996) Atmospheric carbon emission from North Asian Lakes: a factor of global significance. Atmospheric Environment 30: 10⁄11, p.1657-1671.
- Zimov, S.A., Y.V. Voropaev, I.P. Semiletov, S.P. Davidov, S.F. Prosiannikov, F.S. Chapin, III, M.C. Chapin, S. Trumbore, and S. Tyler. 1997. North Siberian lakes: a methane source fueled by Pleistocene carbon. Science 277:800-802.
- Zimov, G.M. Zimova, M.C. Chapin, and J.F. Reynolds. 1999. Contribution of disturbance to high-latitude amplification of atmospheric CO 2. Bull. Ecol. Soc. Amer.
- Zimov, S.A., Davidov, S.P., Zimova, G.M., Davidova, A.I., Chapin, F.S., III, Chapin, M.C. and Reynolds, J.F. 1999. Contribution of disturbance to increasing seasonal amplitude of atmospheric CO2. Science 284: 1973-1976.
- Chapin, F.S. III., McGuire, A.D., Randerson, J., Pielke, Sr., R., Baldocchi, D., Hobbie, S.E., Roulet, N., Eugster, W., Kasischke, E., Rastetter, E.B., Zimov, S.A., Oechel, W.C., and Running, S.W. 2000. Arctic and boreal ecosystems of western North America as components of the climate system. Global Change Biology 6: S211-S223.
- Zimov, S.A., Y.V. Voropaev, S.P. Davydov, G.M. Zimova, A.I. Davydova, F.S. Chapin, III, and M.C. Chapin. 2001. Flux of methane from North Siberian aquatic systems: Influence on atmospheric methane. Pages 511-524 In: R. Paepe and V. Melnikov (Eds.) Permafrost Response on Economic Development, Environmental Security and Natural Resources. Kluwer Academic Publishers, The Hague.
- Чупрынин В.И., Зимов С.А., Молчанова Л.А. Моделирование термического режима почвогрунтов с учетом биологического источника тепла// Криосфера Земли. 2001. Т.5. №1. С. 80-87
- B. Shapiro, A. Drummond, A. Rambaut, M. Wilson, P. Matheus, A. Sher, O. Pybus, M.
T. P. Gilbert, I. Barnes, J. Binladen, E. Willerslev, A. Hansen, G. F., Baryshnikov, J. Burns, S. Davydov, J. Driver, D. Froese, C. R., Harington, G. Keddie, P. Kosintsev, M. L. Kunz, L. D. Martin, R., Stephenson, J. Storer, R. Tedford, S. Zimov, A. Cooper. Rise and Fall of the Beringian Steppe Bison. Science, 2004; 306: 1561-1565. - Федоров-Давыдов Д.Г., Давыдов С.П., Давыдова А.И., Зимов С.А., Мергелов Н.С., Остроумов В.Е., Сороковиков В.А., Холодов А.Л., Митрошин И.А… Пространственно-временные закономерности сезонного протаивания почв на севере Колымской низменности. Криосфера Земли, 2004, т.8, №4, с 15-26.
- Fyodorov-Davydov, D., V.Sorokovikov, V.Ostroumov, A.Kholodov, I.Mitroshin, N.Mergelov, S.Davydov, S.Zimov, A.Davydova. Spatial and temporal observations of seasonal thaw in the Northern Kolyma Lowland. Polar Geography. 2004, 28, 4, pp. 308-325
- F. Stuart Chapin III, Terry V. Callaghan, Yves Bergeron, M. Fukuda, J. F. Johnstone, G. Juday, and S. A. Zimov. Global Change and the Boreal Forest: Thresholds, Shifting States or Gradual Change? 2004. AMBIO: A Journal of the Human Environment: Vol. 33, No. 6, pp. 361–365.
- Zimov S.A. Pleistocene Park: Return of the Mammoth’s Ecosystem// Science, 2005, Vol. 308. P. 796-798.
- L. R. Welp, J. T. Randerson, J. C. Finlay, S. P. Davydov, G. M. Zimova, A. I. Davydova, and S. A. Zimov. A high-resolution time series of oxygen isotopes from the Kolyma River: Implications for the seasonal dynamics of discharge and basin-scale water use. Geophysical Research Letters, VOL. 32, L14401, doi:10.1029/2005GL022857, 2005.
- C. Corradi, O. Kolle, K. Walter, S. A. Zimov and E.-D. Schulze
Carbon dioxide and methane exchange of a north-east Siberian tussock tundra.
Global Change Biology (2005) 11, 1910–1925, doi: 10.1111/j.1365-2486.2005.01023.x. - K. M. Walter, S. A. Zimov, J. P. Chanton, D. Verbyla & F. S. Chapin III. 2006. Methane bubbling from Siberian thaw lakes as a positive feedback to climate warming. Nature 443, 71-75(7 September 2006) | doi:10.1038/nature05040.
- Sergey A. Zimov, Edward A. G. Schuur, F. Stuart Chapin III. 2006. Permafrost and the Global Carbon Budget. Science, Vol. 312, P.1612-1613.
- Zimov, S. A., S. P. Davydov, G. M. Zimova, A. I. Davydova, E. A. G. Schuur, K. Dutta, and F. S. Chapin, III (2006), Permafrost carbon: Stock and decomposability of a globally significant carbon pool, Geophys. Res. Lett., 33, L20502, doi:10.1029/2006GL027484. 5 p.
- Finlay J., J. Neff, S. Zimov, A. Davydova, and S. Davydov. Snowmelt dominance of dissolved organic carbon in high-latitude watersheds: Implications for characterization and flux of river DOC. Geophysical Research Letters, vol. 33, L14401, 2006
- Chapin, F. S., III, M. Hoel, S. R. Carpenter, J. Lubchenco, B. Walker, T. V. Callaghan, C. Folke, S. Levin, K.-G. Maler, C. Nilsson, S. Barrett, F. Berkes, A.-S. Crepin, K. Danell, T.Rosswall, D. Starrett, T. Xepapadeas, and S. A. Zimov. Building Resilience and Adaptation to Manage Arctic Change. AMBIO, 2006, Vol.35, No.4, June 2006.P.198-202.
- Koushik Dutta, A, E. A. G. Schuur, J. C. Neff and S. A. Zimov. Potential carbon release from permafrost soils of Northeastern Siberia Global Change Biology (2006) Vol. 12, Number 12, P. 2336–2351, doi: 10.1111/j.1365-2486.2006.01259.x
- Neff, J.C., J. Finlay, S.A. Zimov, S. Davydov, J.J. Carrasco, E.A.G. Schuur, A. Davydova. (2006) Seasonal changes in the age and structure of dissolved organic carbon in Siberian Rivers and streams. Geophysical Research Letters. 33(23), L23401, 10.1029/2006GL028222.
- K. M. Walter, M. E. Edwards, G. Grosse, S. A. Zimov, F. S. Chapin III (2007)
Thermokarst Lakes as a Source of Atmospheric CH4 During the Last Deglaciation
Science, VOL 318. P. 633-636. - D. V. Khvorostyanov,, G. Krinner, P. Ciais, M. Heimann and S. A. Zimov, Vulnerability of permafrost carbon to global warming. Part I: model description and role of heat generated by organic matter decomposition
(Manuscript received 3 November 2005; in final form 8 November 2007) Tellus (2008) B 15 pages. Tellus (Series B) 60, 250-264. - D. V. Khvorostyanov, P. Ciais, G. Krinner, S. A. Zimov, Ch. Corradi
and G. Guggenberger, Vulnerability of permafrost carbon to global warming.Part II: sensitivity of permafrost carbon stock to global warming
(Manuscript received 22 December 2006; in final form 8 November 2007) Tellus (2008) B 11 pages. - Khvorostyanov, D. V., P. Ciais, G. Krinner, and S. A. Zimov (2008), Vulnerability of east Siberia’s frozen carbon stores to future warming, Geophys. Res. Lett., V. 35, Issue 10, L10703, doi:10.1029/2008GL033639 20 May 2008
- K. M. Walter, J. P. Chanton, F. S. Chapin III, E. A. G. Schuur, S. A. Zimov. 2008. Methane production and bubble emissions from arctic lakes: Isotopic implications for source pathways and ages J. Geophys. Res., 113, G00A08, doi:10.1029/2007JG000569
- Schuur, E.A.G, J. Bockheim, J. Canadell, E. Euschkirchen, C. Field, S. Goryachkin, S. Hagemann, P.
Kuhry, P. Lafleur, H. Lee, G. Mazhitova, F. Nelson, A. Rinke, V. Romanovsky, N.
Shiklomanov, C. Tarnocai, S. Venevsky, J. G. Vogel, S.A. Zimov The vulnerability of permafrost carbon to climate change: implications for the global carbon cycle. BioScience
September 2008, Vol.58, No 8. P. 701-714. - McClelland, J. W., R. M. Holmes, B. J. Peterson, R. Amon, T. Brabets, L. Cooper, J. Gibson, V. V. Gordeev, C. Guay, D. Milburn, R. Staples, P. A. Raymond, I. Shiklomanov, R. Striegl, A. Zhulidov, T. Gurtovaya, and S. Zimov. 2008. Development of a pan-Arctic database for river chemistry.
EOS, Transactions, American Geophysical Union, 89:217-218. - Guido Grosse, Vladimir Romanovsky, Katey Walter, Anne Morgenstern, Hugues Lantuit, Sergei Zimov. Thermokarst Lakes: High-Resolution Distribution and Temporal Changes at Three Yedoma Sites in Siberia. Proceedings of NINTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON PERMAFROST, P.551-556.
- Khalil, M. A. K., M. A. K. Khalil, C. L. Butenhoff, S. Zimov, K. M. Walter, J. M. Melack (2009), Correction to “Global methane emissions from wetlands, rice paddies, and lakes”, Eos Trans. AGU, 90(11), 92, 10.1029/2009EO110019.
- Zhuang, Q., J. M. Melack, S. Zimov, K. M. Walter, C. L. Butenhoff, and M. A. K. Khalil (2009), Global Methane Emissions From Wetlands, Rice Paddies, and Lakes, Eos Trans. AGU, 90(5), doi:10.1029/2009EO050001.
- Q. Zhuang, J. M. Melack, S. Zimov, K. M. Walter, C. L. Butenhoff, and M. A. K. Khalil
Global Methane Emissions From Wetlands, Rice Paddies, and Lakes. Eos, Vol. 90, No. 5, 3 February 2009. P. 37-38. - Zimov N. S., S. A. Zimov, A. E. Zimova, G. M. Zimova, V. I. Chuprynin, and F. S. Chapin III (2009), Carbon storage in permafrost and soils of the mammoth tundra-steppe biome: Role in the global carbon budget, Geophys. Res. Lett., 36, L02502, doi:10.1029/2008GL036332.
- 1. Zimov S., Implications of Ancient Ice. Science, 6 February 2009: Vol. 323. no. 5915, pp. 714 – 715.
- Tarnocai, C., J. G. Canadell, E.A.G. Schuur, P. Kuhry, G. Mazhitova, and S. Zimov (2009), Soil Organic Carbon Pools in the Northern Circumpolar Permafrost Region,Global Biogeochem. Cycles, Vol. 23, No. 2. (27 June 2009), GB2023.
- Levin, I., Naegler, T., Heinz, R., Osusko, D., Cuevas, E., Engel, A., Ilmberger, J., Langenfelds, R. L., Neininger, B., Rohden, C. v., Steele, L. P., Weller, R., Worthy, D. E., and Zimov, S. A.: Atmospheric observation-based global SF6 emissions – comparison of top-down and bottom-up estimates, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 9, 26653-26672, 2009.
- Merbold L, Kutsch W.L., Corradi C., Kolle O., Rebmann C., Stoy P.C., Zimov Z.A. and Schulze E.-D. Artificial drainage and associated carbon fluxes (CO2/CH4) in a tundra ecosystem (2009) Global Change Biology, doi: 10.1111/j.1365-2426.2009.01962.x
Автор: Алексей JetHackers Стаценко
