Извержение вулкана Тонга случайно раскрыло новый способ уничтожения метана в атмосфере

Гигантское вулканическое извержение, возможно, случайно выявило новый мощный способ уничтожения метана и замедления глобального потепления. (Извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай 15 января 2022 года. Изображение получено из видео извержения.) Credit: Tonga Geological Services

В январе 2022 года подводный вулкан Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай в южной части Тихого океана произвел одно из самых мощных извержений в современной истории. Однако ученые обнаружили, что извержение также спровоцировало неожиданную атмосферную реакцию, которая частично удалила метан — мощный парниковый газ — из воздуха. Исследователи полагают, что это открытие может помочь в разработке новых стратегий замедления глобального потепления.

Используя спутниковые наблюдения, ученые зафиксировали необычно высокий уровень формальдегида внутри огромного вулканического шлейфа, образовавшегося в результате извержения. Это открытие сразу привлекло их внимание, поскольку формальдегид образуется при распаде метана в атмосфере.

«Когда мы проанализировали спутниковые снимки, мы были удивлены, увидев облако с рекордно высокой концентрацией формальдегида. Мы смогли отслеживать это облако в течение 10 дней, вплоть до Южной Америки. Поскольку формальдегид существует всего несколько часов, это показало, что облако должно было непрерывно уничтожать метан более недели», — объясняет доктор Мартен ван Херпен из Acacia Impact Innovation BV, первый автор исследования, только что опубликованного в Nature Communications.

«Известно, что вулканы выделяют метан во время извержений, но до сих пор не было известно, что вулканический пепел также способен частично очищать это загрязнение», — добавляет он.

Исследователи полагают, что извержение активировало редкий химический процесс, который они ранее выявили в совершенно иной среде. В более раннем исследовании, опубликованном в 2023 году, ученые обнаружили, что пыль, переносимая из пустыни Сахара через Атлантический океан, может соединяться с солью из морских брызг, образуя крошечные частицы, называемые аэрозолями солей железа. Когда солнечный свет попадает на эти частицы, высвобождаются атомы хлора. Эти атомы хлора реагируют с метаном и способствуют его расщеплению в атмосфере. Это открытие значительно изменило понимание учеными химии атмосферы в тропосфере.

«Новым — и совершенно неожиданным — является то, что тот же самый механизм, по-видимому, действует в вулканическом шлейфе высоко в стратосфере, где физические условия совершенно иные», — говорит профессор Мэттью Джонсон с химического факультета Копенгагенского университета, один из исследователей, стоящих за обоими открытиями.

Во время извержения Тонга огромные массы соленой морской воды были выброшены в стратосферу вместе с вулканическим пеплом. Исследователи полагают, что солнечный свет, взаимодействуя с этой смесью, создал высокореакционноспособный хлор, который затем помог уничтожить метан, выделившийся во время извержения. Необычно высокие уровни формальдегида, обнаруженные спутниками, послужили доказательством того, что происходило разложение метана.

Ученые заявляют, что глобальные оценки метана, возможно, потребуют пересмотра. Открытие также предполагает, что ученым, возможно, придется пересмотреть глобальный бюджет метана, который оценивает, сколько метана поступает в атмосферу Земли и сколько удаляется из нее. «Теперь мы знаем, что атмосферная пыль, например, от вулканического извержения, влияет на бюджет метана, то есть на баланс того, сколько метана добавляется в атмосферу и сколько удаляется. Поскольку пыль ранее не принималась во внимание, важно скорректировать данные, на которых основаны эти оценки», — говорит Мэттью Джонсон.

Метан ответственен примерно за одну треть текущего глобального потепления. За 20-летний период метан удерживает примерно в 80 раз больше тепла, чем CO₂. Однако, в отличие от углекислого газа, метан не остается в атмосфере на века. Обычно он распадается в течение примерно 10 лет.

Поскольку метан имеет более короткое время жизни в атмосфере, сокращение загрязнения метаном может принести относительно быстрые климатические выгоды. Ученые иногда называют сокращение выбросов метана «аварийным тормозом» для изменения климата, поскольку снижение уровня метана может помочь замедлить потепление в ближайшее десятилетие и потенциально снизить риск достижения климатических точек невозврата. Однако исследователи подчеркивают, что сокращение выбросов CO₂ остается критически важным для долгосрочной стабильности климата.

Команда заявляет, что результаты могут помочь продвинуть усилия по искусственному ускорению удаления метана из атмосферы. Ученые по всему миру в настоящее время изучают несколько возможных подходов, но точное измерение удаления метана было серьезной проблемой.

«Как доказать, что метан был удален из атмосферы? Как узнать, что ваш метод работает? Это очень сложно. Но здесь мы решаем эту проблему, показывая, что разложение метана на самом деле можно наблюдать с помощью спутников», — говорит доктор Йос де Лаат из Королевского метеорологического института Нидерландов, старший автор исследования.

Исследование опиралось на прибор TROPOMI на борту спутника Sentinel-5P Европейского космического агентства, который ежедневно отслеживает парниковые газы и загрязнение воздуха по всему миру.

«Извлечение данных о формальдегиде с TROPOMI в стратосферном вулканическом шлейфе выходит далеко за пределы стандартных условий эксплуатации прибора — нам пришлось тщательно корректировать чувствительность спутника для необычной высоты сигнала и учитывать помехи от высоких концентраций диоксида серы. Правильная настройка этих коррекций была необходима, чтобы подтвердить, что то, что мы видим, реально», — сказала доктор Изабель Де Смедт из Королевского бельгийского института космической аэрономии.

Исследователи полагают, что это открытие может в конечном итоге вдохновить на создание практических инженерных решений, направленных на снижение загрязнения метаном.

«Для промышленности очевидна идея попытаться воспроизвести этот природный феномен — но только если будет доказано, что это безопасно и эффективно. Наш спутниковый метод может предложить способ понять, как человечество может замедлить глобальное потепление», — заключает Мэттью Джонсон.

Об исследовании

• Исследователи подсчитали, что извержение Тонга высвободило примерно 300 гигаграмм (Гг) метана, что сопоставимо с годовым объемом выбросов метана от более чем двух миллионов коров. В то же время вулканический шлейф удалял около 900 мегаграмм (Мг) метана в день, что равно ежедневным выбросам примерно от двух миллионов коров.
• Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
• В состав исследовательской группы вошли: Мартен ван Херпен (Acacia Impact Innovation BV, Нидерланды); Изабель Де Смедт (Королевский бельгийский институт космической аэрономии, Бельгия); Дафна Мейдан и Альфонсо Саис-Лопес (CSIC, Испания); Мэттью Джонсон (Копенгагенский университет, Дания); Томас Рёкманн (Утрехтский университет, Нидерланды); и Йос де Лаат (Королевский метеорологический институт Нидерландов, Нидерланды).
• Работа была поддержана Spark Climate Solutions.