Гипотеза о метангидратном ружье (англ. Clathrate gun hypothesis) — обобщенное наименование для серии гипотез о том, что растущая температура океана (и / или падение его уровня) может запустить внезапное высвобождение метана из отложений гидратов метана под морским дном, учитывая то, что метан является сильным парниковым газом, в свою очередь приведет к дальнейшему росту температур и дальнейшей дестабилизации гидратов метана — в результате запуская процесс, что самопидсилюеться, в той же степени неудержимым, как уже начался выстрел из ружья.

В своей первоначальной форме гипотеза предполагает, что «метангидратна ружье» может привести к внезапному глобального потепления самоусиливающимся (положительная обратная связь) в течение времени, меньшего, чем время человеческой жизни, и могло быть причиной периодов потепления в течение и в конце последнего ледникового периода. Это предположение впоследствии не подтвердилось. Однако ряд более поздних исследований показывает, что разложение метангидратов самоусиливающимся, могло приводить к резким изменениям океана и атмосферы Земли несколько раз в прошлом в течение промежутков времени в десятки тысяч лет; наиболее заметно среди этих событий массовое пермское вымирание, произошедшее 251 млн лет назад, когда вымерло 96% видов земных организмов.

Механизм

Метановые гидраты представляют собой водяной лед, который содержит в своей кристаллической решетке много метана. Огромное количество гидрата метана было найдено под отложениями под океанским дном по всей Земле. Внезапное высвобождение большого количества природного газа из газовых гидратов может быть причиной прошлых, будущих и нынешних климатических изменений. Главный результат высвобождения метана — это рост температуры. Считается, что это было основным фактором потепления на 6 ° C во время пермского вымирания, поскольку метан гораздо более сильным парниковым газом, чем CO 2 (несмотря на то, что время жизни метана в атмосфере только 12 лет, он имеет потенциал глобального потепления 62 в течение 12 лет и 23 в течение 100 лет). Теория также предполагает, что высвобождение метана приведет к снижению доступного количества кислорода в атмосфере.

Возможны события, связанные с высвобождением гидратов метана

Два события, вероятно связанные с этим — это массовое пермское вымирание и позднепалеоценового термальный максимум.

Такое высвобождение могло также сыграть свою роль во внезапном разогреве вполне замерзшей Земли (Земля-снежок) 630 млн лет назад. Однако потепление в конце последнего ледникового периода считается связанным с высвобождением метана.

Пермское вымирание

В 2002 в документальном фильме BBC «День, когда Земля едва не погибла» (2002 / dayearthdied.shtml The Day the Earth Nearly Died) были суммированы последние открытия и гипотезы относительно пермского вымирания. Пол Вигнан исследовал пермские отложения в Гренландии, где присутствуют скальные слои, лишенные морской жизни, толщиной в десятки метров. Благодаря такой широкой шкале он смог вычислить время событий более точно и установить, что вымирание продолжалось примерно 80 тыс. Лет. Оно отражено в трех различных слоях с различными остатками растений и животных. Данное вымирания, судя по всему, убило морское и наземное жизни в разное время. Два периода вымираний наземной жизни разделены одним коротким периодом полного вымирания морской жизни. Однако этот процесс выглядит слишком длинным, чтобы его можно было списать на падение астероида. Лучшим ключом к разгадке стал баланс изотопов углерода в скалах, который показал увеличение содержания углерода-12 с течением времени. Стандартное объяснение такого скачка — гниение растений — выглядело недостаточным.

Геолог Джерри Дикенс предположил, что большое количество углерода-12 могла освободиться благодаря разложению замерзших гидратов метана с морского дна. Эксперименты, проведенные для оценки необходимого роста температур в глубинах океанов, показали, что достаточно будет рост на 5 ° C, чтобы запустить процесс разложения.

Похожий механизм: высвобождение растворенного метана

Джордж Рескин, исследуя границу перми и триаса, исследовал возможность того, что массовые вымирания связаны с исключительно быстрым (взрывным) выделением растворенного метана (и других растворенных газов, таких как углекислый газ и сероводород), которые скапливаются в океанических водах, подверженных застоя и аноксии.

Современное состояние дел

Благодаря тому, что нынешние уровни CO 2 растут в сторону 400 ppm, дестабилизация гидратов метана может стать неконтролируемым механизмом с положительной обратной связью, который приведет к опасному увеличению температур. К счастью, большая часть гидратов залегает слишком глубоко, чтобы быстро среагировать на изменение температуры, и исследование, проведенное Арчером в 2007 г.., Предусматривает, что высвобождение метана даст лишь небольшой вклад в общий парниковый эффект. Залежи гидратов метана дестабилизируются, начиная с глубокой части их зоны стабильности, которая обычно находится в сотнях метров под дном моря.

Значительное и постоянное увеличение температуры океана в конце концов приведет к нагреванию отложений под морским дном и, как следствие, к распаду глубоких слоев гидратов метана, но на это нужны несколько тысячелетий или даже больше.

Одним исключением могут быть гидраты метана в Северном Ледовитом океане, где они могут существовать в более мелких водах, будучи стабилизированными низкими температурами, а не высоким давлением; и могут быть на грани стабильности на меньшей глубине под океанским дном, будучи стабилизированные «крышкой» из вечной мерзлоты, что предотвращает высвобождение метана.

Недавние исследования, проведенные в Сибирской Арктике, показали, что уже высвободились миллиона тонн метана — видимо, за счет разрывов в вечной мерзлоте на морском дне. В результате этого его концентрация в некоторых регионах выросла более чем в 100 раз. Избыток метана был обнаружен на отдельных участках в месте впадения реки Лены и на границе между Морем Лаптевых и Восточно-Сибирским морем. Часть плавления может быть результатом геологического нагрева, но большая часть таяния, вероятно, связано с объемом талых вод, что значительно увеличился, сбрасываемых сибирскими реками, направленными на север.

Современный уровень выбросов метана ранее оценивался 0,5 мегатонны в год. Шаков и др. (2008) оценивает, что не менее 1 400 гигатонн углерода в данный момент заперты в виде метана и гидратов метана под арктической подводной вечной мерзлотой, и 5-10% от этого количества тает через открытые проталины в этой вечной мерзлоте. Они приходят к выводу, что «резкое высвобождение до 50 гигатонн гидратов весьма вероятно в любой момент». Это увеличит содержание метана в атмосфере в 12 раз .. это будет эквивалентно по парниковому эффекту удвоению текущего уровня CO 2.

В 2008 США определили потенциальную дестабилизацию гидратов метана в Арктике как один из четырех самых серьезных сценариев климатических изменений, которые должны исследоваться приоритетным образом.

Возможные последствия

Согласно Джорджу Рьоскину, внезапное высвобождение метана (подобное Лимнологического катастрофе на озере Ниос) из толщи океанских вод может привести как к глобальному потеплению, так и к глобальному похолоданию. Взрыв и горения метана приведут к образованию большого количества смога и пыли, которые приведут к глобальному похолоданию. Метан и углекислота, наоборот, приведут к глобальному потеплению. Профессор Рьоскин пишет, что трудно предсказать, какое из явлений пересилит. При этом Рьоскин отмечает, что вопрос о том, сколько метана растворено в воде на большой глубине океана, требует дальнейшего изучения. Примером застойного бассейна, в котором накапливаются газы (сероводород) и наблюдается аноксия, является Черное море.

Последствия взрыва океана за счет метана будут катастрофическими для наземной жизни. Образно говоря, регион, взрывается, «вскипает», выбрасывая огромные количества метана и других газов (углекислоты, сероводорода) в атмосферу, и заливая большие поверхности суши. Хотя чистый метан легче воздуха, метан, нагруженный каплями воды — тяжелее воздуха, и в силу этого распространяется по поверхности Земли, смешиваясь с воздухом и (теряя воду) в форме дождя. Смесь метана и воздуха взрывоопасна при концентрациях от 5 до 15%. Если такая смесь образуется около поверхности Земли и зажжется молнией, то взрывы и пожары уничтожат большую часть наземной жизни, также приведя к выделению большого количества углекислоты. Огненные штормы направят смог и пыль в верхние слои атмосферы, где они сохранятся в течение нескольких лет. Как следствие, затемнение атмосферы и глобальное похолодание могут быть дополнительным негативным эффектом. И наоборот, углекислота и метан, оставшийся создают дополнительный парниковый эффект, который может привести к глобальному потеплению. Результат соревнования между охлаждением и нагревом предсказать трудно.

В фантастике

  • В книге «Мать бурь» (англ. Mother of Storms) Джон Барнс предлагает фантастический пример катастрофических климатических изменений, вызванных выделением метана.
  • В аниме-сериале «Эрго Прокси» резкое выделение гидрата метана со дна океана привело к вымиранию 85% живых существ на Земле.