Ученые поражены: вулкан очищает окружающую среду, удаляя метан из воздуха

Фото из открытых источников

Климат. Мощное вулканическое извержение в южной части Тихого океана выявило удивительный природный механизм, который потенциально может помочь замедлить глобальное потепление. Это открытие дает совершенно новые представления о химии атмосферы и может вдохновить на разработку новых методов удаления выбросов метана из воздуха. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Когда в январе 2022 года в южной части Тихого океана произошло извержение подводного вулкана Хунга Тонга-Хунга Хаапаи, это было не только одно из самых мощных вулканических извержений в современную эпоху. Вулкан также сделал нечто совершенно неожиданное: он помог очистить часть выброшенного им метана. Это явление потенциально может стать ключом к тому, как человечество может замедлить глобальное потепление.

Используя передовые спутниковые измерения, исследователи наблюдали необычно высокие концентрации формальдегида в массивном вулканическом шлейфе после извержения. Это стало решающим доказательством: при разрушении метана в атмосфере в качестве короткоживущего промежуточного соединения образуется формальдегид.

«Когда мы проанализировали спутниковые снимки, мы с удивлением обнаружили 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 непрерывно уничтожало метан более недели», — объясняет Маартен ван Херпен из компании Acacia Impact Innovation BV.

Согласно расчетам исследователей, во время извержения вулкан выбросил около 300 гигаграммов (Гг) метана — это эквивалентно годовым выбросам метана более чем двух миллионов коров. Он удалял примерно 900 мегаграммов (Мг) в день, что равно суточным выбросам двух миллионов коров.

«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 ван Херпен.

По словам исследователей, всё указывает на совершенно особый процесс, который они впервые обнаружили в 2023 году, но в совершенно другой части мира.

Они выяснили, что когда пыль из Сахары переносится ветром над Атлантическим океаном, она смешивается с морской солью из морских брызг, образуя мелкие частицы, известные как аэрозоли солей железа. Когда солнечный свет попадает на эти аэрозоли, образуются атомы хлора. Эти атомы хлора реагируют с метаном и способствуют его расщеплению в атмосфере. Это открытие изменило научное понимание химии тропосферы.

«Новым и совершенно удивительным является то, что тот же механизм, по-видимому, происходит в вулканическом шлейфе высоко в стратосфере, где физические условия совершенно иные», — говорит соавтор исследования профессор Мэтью Джонсон из Копенгагенского университета.

Извержение 2022 года выбросило в стратосферу огромное количество соленой морской воды вместе с вулканическим пеплом. Теория заключается в том, что при попадании солнечного света на эту смесь образуется высокореактивный хлор, способствующий расщеплению метана, высвободившегося во время извержения. Видимым доказательством этого расщепления метана являются большие количества формальдегида, обнаруженные на спутниковых снимках.

В настоящее время метан ответственен за треть глобального потепления. За 20-летний период метан примерно в 80 раз мощнее CO₂ . Однако метан относительно быстро разлагается в атмосфере — обычно в течение примерно 10 лет.

Это означает, что если мы сейчас сократим выбросы метана, это может оказать заметное влияние на климат в течение десятилетия. По этой причине исследователи иногда называют сокращение выбросов метана «аварийным тормозом» изменения климата — тормозом, который может помочь предотвратить переломные моменты в климате в ближайшие десятилетия. Однако сокращение выбросов CO2 остается необходимым условием для стабилизации температуры в долгосрочной перспективе.

Исследователи, проводившие новое исследование, считают, что их выводы могут послужить основой для растущей области исследований, направленных на сокращение выбросов метана путем искусственного ускорения его распада в атмосфере — подобно тому, как вулкан эффективно очищал окружающую среду. В настоящее время изучаются различные методы, но ключевой проблемой является измерение и проверка того, сколько метана фактически удаляется. 

По словам исследователей, одним из последствий нового открытия является необходимость пересмотра глобального баланса метана.

«Теперь мы знаем, что атмосферная пыль — например, от вулканического извержения — влияет на баланс метана, то есть на баланс того, сколько метана поступает в атмосферу и сколько удаляется. Поскольку пыль ранее не учитывалась, важно скорректировать данные, на которых основаны эти оценки», — говорит Мэтью Джонсон.

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

Исследование проводилось с помощью усовершенствованного прибора TROPOMI на борту спутника Sentinel-5P Европейского космического агентства, который ежедневно отслеживает загрязнение воздуха и парниковые газы по всему миру.

«Извлечение формальдегида из TROPOMI в стратосферном вулканическом шлейфе выходит далеко за рамки стандартных условий работы прибора — нам пришлось тщательно скорректировать чувствительность спутника с учетом необычной высоты сигнала и учесть помехи от исключительно высоких концентраций диоксида серы. Правильная корректировка этих параметров была необходима для подтверждения того, что то, что мы наблюдаем, реально», — сказала Изабель Де Смедт из Королевского бельгийского института космической аэрономии.

Исследователи считают, что новые открытия вдохновят инженеров в промышленности:

«Для промышленности вполне очевидна идея попытаться воспроизвести это природное явление — но только если будет доказана его безопасность и эффективность. Наш спутниковый метод может помочь выяснить, как люди могут замедлить глобальное потепление», — заключает Мэтью Джонсон.