Разработка концепции современной динамики подводной мерзлоты и эмиссии метана на шельфе морей Восточной Арктики в контексте прошлых и будущих изменений климата. д.г.н. О.А. Анисимов, д.т.н. С.А. Лавров, д.г.н. И.И. Борзенкова Государственный гидрологический институт, С.Петербург

Современное распространение многолетнемерзлых пород Сплошная (>90%) 7.0 Прерывистая (50-90%)1.8 Островная (10-50%) Редкоостровная (<10%) Реликтовая Граница подводной мерзлоты (моря Лаптева, Восточно-Сибирское и Чукотское) Площадь в России, млн. км Тип ММП nsidc.org/data/docs/fgdc/ggd318_map_circumarctic/brown.html

Микулинское межледниковье 125 т. л. назад Оптимум голоцена 6-8 тыс. лет назад Гляциальный максимум позднего плейстоцена (20-18 тыс. лет назад) Ледники Сплошные ММП Прерывистые ММП Горные ММП Зона сезонного промерзания Палеоклиматические реконструкции криолитозоны Северного полушария (Величко, Фаустова, 2009; Величко, Нечаев, 2009)

Мамонтовая степь позднего плейстоцена М. Будыко, 1971, С.Зимов, 2006 Реконструкция численности животных на 1 км 2 в биомах Восточно- сибирской низменности в позднем плейстоцене

Современная едома содержит большое количество органических осадков, свидетельствующих о высокой продуктивности биомов Восточно-сибирской низменности в позднем плейстоцене. (Zimov, 2010; Walter et al, 2006)

Концепция «метановой катастрофы» на шельфе морей Восточной Арктики Шахова и др., 2008, 2009; Shakhova et al., 2010 A – маршруты морских экспедиций в период В, С - концентрации растворенного в придонном и приповерхностном слоях воды СН4. D – потоки метана в атмосферу (мг м -2 д -1 ).

Атмосферные концентрации СН4 над различными участками Арктического шельфа с максимальными величинами над морем Лаптевых. Красным пунктиром показана среднеширотная концентрация атмосферного метана. Данные вертолетных измерений за август-сентябрь. Концепция «метановой катастрофы» на шельфе морей Восточной Арктики Шахова и др., 2008, 2009; Shakhova et al., 2010 Атмосферная концентрация СН4, ppm Карское Море Лаптевых Восточно-Сибирское море

Концепция «метановой катастрофы» на шельфе морей Восточной Арктики Шахова и др., 2008, 2009; Shakhova et al., 2010 Вклад различных составляющих в суммарный годовой поток СН4 на шельфе морей Восточной Арктики (Млн. тонн в год). Гипотеза Шаховой и др. заключается в том, что в ММП шельфа МВА образовались сквозные талики, через которые глубинные резервуары метана сообщаются с поверхностью, в результате чего глобальное потепление может значительно усилиться.

Вопрос 1: могли ли к концу 20 в. образоваться сквозные талики на шельфе МВА? Расчетные профили температуры ММП на шельфе моря Лаптевых за 8 тыс. лет. (Delishle, 1998) Реконструкция уровня моря (А), температуры поверхности отложений на современной изобате -40 м (В), и вертикальной мощности ММП на шельфе моря Лаптевых за 400 тыс. лет. (Romanovskii and Hubberten, 2001)

Вопрос 2: как изменилась зона устойчивого состояния газовых гидратов? Расчетные изменения границ зоны устойчивого состояния гидратов за 160 тыс. лет на шельфе моря Лаптевых. (Romanovskiy et al., 2005 )

Вопрос 3: каков прогноз изменения ММП на шельфе МВА? Математический формализм модели ММП шельфа Уравнение теплопроводности с учетом источника, обусловленного диффузией соли Уравнение солепереноса за счет диффузии в растворе незамерзшей влаги

Море Лаптевых Восточно-Сибирское море Глубина, м< < Площадь, 10 3 км Соленость, (лето/з.)20.7/ / / / / / /31.7 Темп., °С (лето/зима)1.6/ / / / / / /-1.7 Современные гидрографические характеристики различных участков шельфа морей Лаптева и Восточно-Сибирского Вопрос 3: каков прогноз изменения ММП на шельфе МВА? После 1984 г. тренд летней температуры придонных вод составил 0.9 °С/10 лет на шельфе моря Лаптевых и 0.3 °С/10 лет на шельфе Восточно-Сибирского моря.

Delisle, 2000 Расчетная скорость оттаивания ММП шельфа ( ) при гипотетическом сценарии линейного роста температуры до 2100 и ее последующей стабилизации (черная кривая). Граница засоленной части отложений. Пунктирные кривые соответствуют расчету при отсутствии тренда температуры. Расчетные профили летней температуры ММП для схематичного сценария изменения климата на последующую 1000 лет Вопрос 3: каков прогноз изменения ММП на шельфе МВА?

Вопрос 4: какое влияние на глобальный климат оказывает увеличение эмиссии метана на шельфе МВА, наблюдавшееся в последнее десятилетие? Среднегодовая эмиссия СН4 с шельфа МВА составляет около 8 Мт/год; Время жизни молекулы CH4 в атмосфере – 12 лет; Увеличение концентрации СН4 в равновесии + 100Мт, или же около 0.04 ppm; 1 ppm СН4 дает около 0.3 °С; Такая эмиссия увеличивает глобальную температуру примерно на °С.

Выводы 1. Потепление последних 25 лет могло привести к оттаиванию ММП шельфа не более чем на 1 м от первоначального положения их кровли. 2. Экстраполяция современного тренда температуры придонных вод (0.9 °С/10 лет) до 2100 года с последующей стабилизацией приводит к расчетному оттаиванию ММП на глубину 5 м к 2050 г., 9 м к 2100 г. и 48 м к 3000 г. 3. Результаты моделирования не поддерживают гипотезу об увеличении газовой проводимости шельфа МВА за счет образования сквозных таликов в ММП. 4.Маловероятно, что наблюдаемые повышенные концентрации СН4 обусловлены преимущественно дестабилизацией гидратов. Значительный вклад может вносить бактериальный метаногенез в верхнем слое органических осадков на фоне роста температуры придонных вод. 5. Влияние наблюдаемых повышенных потоков СН4 с шельфа МВА на глобальную температуру несущественно (порядка °С) по сравнению с другими факторами. 6. Имеющиеся данные не дают оснований говорить о возможности «метановой катастрофы» на шельфе МВА.

Работа поддерживается грантом РФФИ ОФИ-м