КОНЦЕНТРАЦИЯ МЕТАНА В АТМОСФЕРЕ НАД МОРЯМИ ЗАПАДНОГО СЕКТОРА РОССИЙСКОЙ АРКТИКИ В ПОЗДНЕОСЕННИЙ СЕЗОН В 2023 ГОДУ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Повышение температуры в Арктике, происходящее в последние десятилетия и опережающее средние глобальные темпы, представляет угрозу из-за высвобождения крупных залежей углерода, сосредоточенных в вечной мерзлоте Арктики. Мониторинг окружающей среды стал одной из приоритетных задач при оценке рисков для крайне уязвимых арктических экосистем, однако проведение измерений состава атмосферы в столь удаленных регионах, в особенности над акваторией арктических морей, крайне затруднительны. Они ограничиваются продолжительностью навигационного периода, логистическими сложностями отбора проб и приборной базой, необходимой для проведения прецизионных измерений состава атмосферного воздуха. В ходе данного исследования были проведены измерения атмосферной концентрации CH4 с 9 ноября по 6 декабря 2023 г. Основными районами исследования стали Баренцево море и южная акватория Карского моря. В период исследований концентрация CH4 в атмосфере находились в диапазоне от 2.018 до 2.127 ppm, со средним значением 2.040 ± 0.014 ppm. Вариации атмосферного CH4 в приводном слое главным образом были обусловлены метеорологическими условиями, а также географическим положением судна и временем измерений. Так, например, в региональном масштабе перенос воздушных масс с суши приводил к повышенной концентрации CH4, вынос с северных районов Атлантики – к пониженной. Локальные источники определяли более короткопериодные флуктуации значений концентрации CH4 в приводном воздухе. Совместные измерения содержания CH4 в морской воде и атмосфере с высоким разрешением являются критически важными для понимания масштабов эмиссии CH4 на границе гидросфера–атмосфера, особенно в зимний период, когда в океане увеличивается мощность слоя перемешивания, усиливается конвекция и в атмосферу может попадать большее количество метана из водной толщи. Полученные нами данные могут быть использованы как входные параметры для климатических моделей.

Об авторах

Н. В. Панкратова

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Email: pankratova@ifaran.ru
Москва, Россия

И. Б. Беликов

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Москва, Россия

В. А. Белоусов

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Москва, Россия

А. И. Скороход

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН; Университет Вены

Москва, Россия; Вена, Австрия

А. В. Васильева

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Москва, Россия

М. Д. Кравчишина

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН

Москва, Россия

Ю. А. Штабкин

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Москва, Россия

К. Б. Моисеенко

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Москва, Россия

Список литературы

  1. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 448 с.
  2. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере: справочное пособие / Под ред. Э.Ю. Безуглой, М.Е. Берлянда. Л.: ГМИ, 1983. 328 с.
  3. Кравчишина М.Д., Клювиткин А.А., Новигатский А.Н. и др. 89-й рейс (1-й этап) научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш»: климатический эксперимент во взаимодействии с самолетом-лабораторией Ту-134 «Оптик» в Карском море // Океанология. 2023. Т. 63. № 3. С. 492–495. https://doi.org/10.31857/S0030157423030073
  4. Никифоров С.Л., Сорокшин Н.О., Ананьев Р.А., Дмитриевский Н.Н., Мороз Е.А., Кокин О.В. Исследования в Баренцевом и Карском морях в 52-м рейсе НИС «Академик Николай Страхов» // Океанология. 2022. Т. 62. № 3. С. 499–501.
  5. Особенности потоков метана в западной и восточной Арктике: обзор. Часть I // Геосистемы переходных зон. 2020. Т. 4. № 1. С. 4–25. https://doi.org/10.30730/2541-8912.2020.4.1.004-025
  6. Панкратова Н.В., Беликов И.Б., Скорогой А.Н., Белоусов В.А., Муравья В.О., Филип М.В., Березина Е.В., Новигатский А.Н. Концентрация метана и значения δ13С в метане над Арктическими морями летом и осенью 2020 г. // Океанология. 2022. Т. 62. № 6. С. 869–877. https://doi.org/10.31857/S0030157422060107
  7. Скороход А.Н., Панкратова Н.В., Беликов И.Б. и др. Атмосферный метан и его изотопный состав над морями российской Арктики по результатам судовых измерений летом и осенью 2015 года // Доклады академии наук. 2016. Т. 470. № 5. С. 580–584. https://doi.org/10.7868/S0869565216290247
  8. Шакиров Р.Б., Мау С., Мишукова Г.Н., Обжиров А.Н., Шакирова М.В., Мишукова О.В., Юрганов Л.Н., Лейфер А., Вабаккенушмана С. Признаки ускорения возрастания концентрации метана в атмосфере после 2014 года: спутниковые данные для Арктики // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 5. С. 248–258. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2017-14-5-248-258
  9. Andreassen K., Hubbard A., Winsborrow M. Massive blow-out craters formed by hydrate-controlled methane expulsion from the Arctic seafloor // Science. 2017. V. 356. № 6341. P. 948–953. https://doi.org/10.1126/science.aal4500
  10. Bloom A.A., Bowman K.W., Lee M., Turner A.J., Schroeder R., Worden J.R., Weidner R., McDonald K.C., Jacob D.J. A global wetland methane emissions and uncertainty dataset for atmospheric chemical transport models (WetCHARTs version 1.0) // Geos. Model Development. 2017. V. 10. P. 2141–2156. https://doi.org/10.5194/gmd-10-2141-2017
  11. Bukhanov B., Chuvilin E., Zinnav M., Shakhova N., Spivak E., Dudarev O., Osadchiev A., Spasennykh M., Semiletov I. In situ bottom sediment temperatures in the Siberian Arctic seas: current state of subsea permafrost in the Kara sea vs Laptev and East Siberian seas // Mar Petrol Geol. 2023. V. 157. 106467. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2023.106467
  12. Canadell J.G., Monteiro P.M.S., Costa M.H. et al. Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks // Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Eds. V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani et al. Cambridge: Cambridge University Press, 2021. P. 673–816. https://doi.org/10.1017/9781009157896.007
  13. Crippa M., Guizzardi D., Pagani F., Schiavina M., Melchiorri M., Pisoni E., Graziosi F., Muntean M., Maes J., Dijkstra L., Van Damme M., Clarisse L., Coheur P. Insights into the spatial distribution of global, national, and subnational greenhouse gas emissions in the Emissions Database for Global Atmospheric Research (EDGAR v8.0) // Earth Syst. Sci. Data. 2024. V. 16. P. 2811–2830. https://doi.org/10.5194/essd-16-2811-2024
  14. Erminan M., Myhre G., Highwood E.J., Shine K.P. Radiative forcing of carbon dioxide, methane and nitrous oxide: A significant revision of the methane radiative forcing // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43. № 24. P. 12614–12623. https://doi.org/10.1002/2016GL071930
  15. France J.L., Cain M., Fisher R.E. et al. Measurements of δ13C in CH4 and using particle dispersion modeling to characterize sources of Arctic methane within an air mass // J. Geophys. Res. 2016. V. 121. № 23. P. 14257–14270. https://doi.org/10.1002/2016jd026006
  16. Gifford F.A., Barr S., Malone R.C., Mroz E.J. Tropospheric relative diffusion to hemispheric scales // Atm. Environ. 1988. V. 22. № 9. P. 1871–1879.
  17. Haagenson P.L., Gao K., Kuo Y. Evaluation of Meteorological Analyses, Simulations, and Long-Range Transport Calculations Using ANATEX Surface Tracer Data // J. Appl. Meteor. Climatol. 1990. V. 29. P. 1268–1283. https://doi.org/10.1175/1520-0450(1990)029%3C1268:EOMASA%3E2.0.CO;2
  18. Haagenson P.L., Kuo Y., Skrvanic M., Seaman N.L. Tracer Verification of Trajectory Models // J. Appl. Meteor. Climatol. 1987. V. 26. P. 410–426.
  19. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Biavati G., Hordnyi A., Muñoz Sabater J., Nicolas J., Peubey C., Radu R., Rozum I., Schepers D., Simmons A., Soci C., Dee D., Thépaut J.-N. ERA5 hourly data on pressure levels from 1940 to present. Copernicus Climate Change Service (C3S) Climate Data Store (CDS). 2023. URL: https://doi.org/10.24381/cds.bd0915c6 (дата обращения: 31.01.2025)
  20. Jakobsson M. Hypsometry and volume of the Arctic Ocean and its constituent seas // G-cubed. 2002. V. 3. № 5. P. 1–18. https://doi.org/10.1029/2001GC000302
  21. Judd A.G. Natural seabed seeps as sources of atmospheric methane // Environ. Geol. 2004. V. 46. P. 988–996.
  22. Kravchishina M., Klyuvitkin A., Novigatskii A. et al. Cruise 93 of the R/V Akademik Mstislav Keldysh: Geosystems of the Western Eurasian Arctic Shelves in the Season of Active Autumn–Winter Convection and Polar Night // Oceanology. 2024. V. 64. P. 644–646. https://doi.org/10.1134/S0001437024700322
  23. Kvenvolden K.A. Methane hydrate – A major reservoir of carbon in the shallow geosphere? // Chem. Geol. 1988. V. 71. P. 41–51. https://doi.org/10.1016/0009-2541(88)90104-0
  24. Lan X., Mund J.W., Crowell A.M., Thoning K.W., Moglia E., Madronich M., Baugh K., Petron G., Crowell M.J., Neff D., Wolter S., Mefford T., DeVogel S. Atmospheric Methane Dry Air Mole Fractions (1983–2023) from the NOAA GML Carbon Cycle Cooperative Global Air Sampling Network. 2024a. Version: 2024-07-30. https://doi.org/10.15138/VNCZ-M766
  25. Lan X., Thoning K.W., Dugokencky E.J. Trends in globally-averaged CH4, N2O, and SF6 determined from NOAA Global Monitoring Laboratory measurements. Version 2024–10. 2024b. https://doi.org/10.15138/P8XG-AA10 (accessed 13 January 2025).
  26. Malakhova V.V., Eliseev A.V. Subsea permafrost and associated methane hydrate stability zone: how long can they survive in the future? // Theor. Appl. Climatol. 2024. V. 155. P. 3329–3346. https://doi.org/10.1007/s00704-023-04804-7
  27. Mau S., Römer M., Torres M.E., Bussmann I., Pape T., Damn E., Geprägs P., Wintersteller P., Hsu C.-W., Loher M., Bohrmann G. Widespread methane seepage along the continental margin off Svalbard – from Bjørnøya to Kongsfjorden // Sci. Rep. 2017. V. 7. 42997. https://doi.org/10.1038/srep42997
  28. Monin A.S. Turbulent Diffusion in the Surface Layer Under Stable Stratification // Advances in Geophysics. 1959. V. 6. P. 429–434.
  29. Narbaud C., Paris J.-D., Wittig S., Berchet A., Saunois M., Nédélec Ph., Belan B.D., Arshinov M.Yu., Belan S.B., Davydov D., Fofonov A., Kozlov A. Disentangling methane and carbon dioxide sources and transport across the Russian Arctic from aircraft measurements // Atmos. Chem. Phys. 2023. V. 23. P. 2293–2314. https://doi.org/10.5194/acp-23-2293-2023
  30. Pankratova N., Skorokhod A., Belikov I. et al. Ship-Borne Observations of Atmospheric CH4 and δ13C Isotope Signature in Methane over Arctic Seas in Summer and Autumn 2021 // Atmosphere. 2022. V. 13. № 3. 458. https://doi.org/10.3390/atmos13030458
  31. Platt S.M., Eckhardt S., Ferre B., Fisher R.E., Hermansen O., Jansson P., Lowry D., Nisbet E.G., Piso I., Schmidbauer N., Silyakova A., Stohl A., Svendby T.M., Vadakkepuliyambatta S., Mienert J., Lund Myhre C. Methane at Svalbard and over the European Arctic Ocean // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 17207–17224. https://doi.org/10.5194/acp-18-17207-2018
  32. Prather M.J., Holmes C.D., and Hsu J. Reactive greenhouse gas scenarios: Systematic exploration of uncertainties and the role of atmospheric chemistry // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 39. L09803. https://doi.org/10.1029/2012GL051440
  33. Romanovskii N.N., Hubberten H.-W. Results of permafrost modelling of the lowlands and shelf of the Laptev Sea Region, Russia // Permafrost and Periglacial Processes. 2001. V. 12. № 2. P. 191–202. https://doi.org/10.1002/ppp.387
  34. Romanovskii N.N., Hubberten H.-W., Gavrilov A.V., Tumskoy V.E., Kholodov A.I. Permafrost of the east Siberian Arctic shelf and coastal lowlands // Quat. Sci. Rev. 2004. V. 23. P. 1359–1369. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2003.12.014
  35. Saunois M., Stavert A.R., Poulter B. et al. The global methane budget 2000–2017 // Earth System Science Data. 2020. V. 12. № 3. P. 1561–1623. https://doi.org/10.5194/essd-12-1561-2020
  36. Scriven R.A., Fisher B.E. The long range transport of airborne material and its removal by deposition and washout — II. The effect of turbulent diffusion // Atmos. Environ. 1975. V. 9. № 1. P. 59–69.
  37. Shakhova N., Semiletov I., Chuvilin E. Understanding the permafrost–hydrate system and associated methane releases in the East Siberian Arctic shelf // Geosciences (Basel). 2019. V. 9. № 6. P. 251. https://doi.org/10.3390/geosciences9060251
  38. Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., Yusupov V., Kosmach D., Gustafsson Ö. Extensive Methane Venting to the Atmosphere from Sediments of the East Siberian Arctic Shelf // Science. 2010. V. 327. № 5970. P. 1246–1250. https://doi.org/10.1126/science.1182221
  39. Stevenson D.S., Zhao A., Naik V., O’Connor F.M., Tilmes S., Zeng G., Murray L.T., Collins W.J., Griffiths P.T., Shim S., Horowitz L.W., Sentman L.T., Emmons L. Trends in global tropospheric hydroxyl radical and methane lifetime since 1850 from AerChemMIP // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20. P. 12905–12920. https://doi.org/10.5194/acp-20-12905-2020
  40. Stohl A., Forster C., Eckhardt S., Spichtinger N., Huntrieser H., Heland J., Schlager H., Wilhelm S., Arnold F., Cooper O. A backward modeling study of intercontinental pollution transport using aircraft measurements // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. № D12. 4370. https://doi.org/10.1029/2002JD002862
  41. Tarnocai C., Canadell J.G., Schuur E.A.G., Kuhry P., Mazhitova G., Zimov S. Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region // Glob. Biogeochem. Cycles. 2009. V. 23. № 2. GB2023. https://doi.org/10.1029/2008GB003327
  42. Vasileva A.V., Moiseenko K.B., Mayer J.-C., Jürgens N., Panov A., Heimann M., Andreae M.O. Assessment of the regional atmospheric impact of wildfire emissions based on CO observations at the ZOTTO tall tower station in central Siberia // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. D07301. https://doi.org/10.1029/2010JD014571
  43. Vogt J., Risk D., Bourlon E., Azetsu-Scott K., Edinger E.N., Sherwood O.A. Sea-air methane flux estimates derived from marine surface observations and instantaneous atmospheric measurements in the northern Labrador Sea and Baffin Bay // Biogeosciences. 2023. V. 20. P. 1773–1787. https://doi.org/10.5194/bg-20-1773-2023
  44. Ward R.H., Sweeney C., Miller J.B. et al. Increasing methane emissions and widespread cold-season release from high-Arctic regions detected through atmospheric measurements // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2024. V. 129. e2024JD040766. https://doi.org/10.1029/2024JD040766
  45. Weber T., Wiseman N.A., Kock A. Global ocean methane emissions dominated by shallow coastal waters // Nat. Commun. 2019. V. 10. № 1. 4584. https://doi.org/10.1038/s41467-019-12541-7
  46. Workman E., Fisher R.E., France J.L. et al. Methane emissions from seabed to atmosphere in polar oceans revealed by direct methane flux measurements // J. Geophys. Res. 2024. V. 129. e2023JD040632.
  47. Yamada T., Bunker S. Development of a Nested Grid, Second Moment Turbulence Closure Model and Application to the 1982 ASCOT Brush Creek Data Simulation // J. Appl. Met. Climatol. 1988. V. 27. P. 562–578.
  48. Yurganov L., Carroll D., Pnyushkov A. et al. Ocean stratification and sea-ice cover in Barents and Kara seas modulate sea-air methane flux: satellite data // Adv. Polar Sci. 2021. V. 32. № 2. P. 118–138. https://doi.org/10.13679/j.advps.2021.0006
  49. Zona D., Gioli B., Commane R. et al. Cold season emissions dominate the Arctic tundra methane budget // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2016. V. 113. № 1. P. 40–45. https://doi.org/10.1073/pnas.1516017113

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».