Ученые БФУ выяснили, как штормы влияют на выброс метана из Балтийского моря в атмосферу

Ученые БФУ имени Иммануила Канта совместно с коллегами из института океанологии им. П. П. Ширшова РАН совершили девять рейсов на научно-исследовательских судах «Академик Иоффе», «Академик Сергей Вавилов», «Академик Мстислав Келдыш» и «Академик Борис Петров» в юго-восточную часть Балтийского моря с целью выявления закономерности пространственно-временного распределения потока метана на границе «вода — воздух» в зависимости от сезона и источников этого газа в период с 2022 по 2024 годы. Результаты исследования опубликованы в журнале Estuarine, Coastal and Shelf Science.

Ученые стремились проверить гипотезу: действительно ли накопление метана в глубоководной бескислородной зоне моря (куда он поступает из донных осадков) ведет к усилению его потока с поверхности воды в воздух. Юго-восточная Балтика с ее низкой соленостью, высоким привносом органического вещества с речным стоком и активной хозяйственной деятельностью представляет собой идеальную природную лабораторию для таких исследований.

Марина Ульянова, старший научный сотрудник НОЦ «Геоэкология и морское природопользование»:

Представьте, что Балтийское море «дышит» метаном — сильным парниковым газом. Летом этот газ в глубоких слоях моря «накрыт» природной «крышкой» — слоем, образующимся из-за скачка температуры и солености воды. Однако осенью и зимой штормовые ветры перемешивают море почти до самого дна, приоткрывая временно эту «крышку». В результате накопленный на глубине метан быстро поднимается к поверхности и выбрасывается в воздух. Чем сильнее дует ветер, тем больше метана поступает в воздух. Но по пути со дна вверх метан встречает бактерии, которые разлагают метан на углекислый газ и воду. Поэтому на поверхность выходит не так уж и много метана.

Результаты работы важны для составления точных углеродных балансов, что особенно актуально для работающего в Калининградской области карбонового полигона «Росянка» (всероссийский проект, начатый в 2021 году по указу Президента РФ). Балтийское море — одна из самых первых площадок карбоновых полигонов. За несколько лет измерений исследователи рассчитали, что средний поток метана для всей акватории составляет 30 моль·км⁻²·сут⁻¹.

Удалось доказать, что, если не учитывать при расчетах экстремальные штормовые выбросы, математические модели будут сильно завышать роль концентрации газа и давать неверные прогнозы. В связи с этим ученые отмечают важность натурных исследований, ведь полученные в них достоверные результаты можно впоследствии использовать для верификации математических моделей. Методика оценки факторов научного коллектива БФУ им. И. Канта и Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН полностью масштабируема и может быть использована другими странами для моделирования выбросов в любых расслоенных шельфовых морях мира.

Исследования потоков метана в Балтийском море проводились и ранее шведскими, финскими и немецкими учеными. Однако все ученые сходятся во мнении, что в изучении потоков крайне важна региональная составляющая, даже в таком небольшом по площади море, как Балтика. Наше преимущество заключается в экспедиционной базе из девяти регулярных рейсов в разные сезоны, что позволило оценить динамику за три года.

добавила Марина Ульянова.

Ученые получили ряд принципиально важных результатов, касающихся эмиссии метана в юго‑восточной части Балтийского моря. Выяснилось, что поверхностные воды этого региона служат постоянным источником метана для атмосферы в течение всех сезонов года — при этом интенсивность эмиссии существенно варьируется. Выявлены четкие сезонные различия: в холодный период (осень‑зима) потоки метана статистически значимо превышают показатели теплого времени года — в среднем 45 моль·км⁻²·сут⁻¹ против 8 моль·км⁻²·сут⁻¹. Такая разница во многом обусловлена экстремальными выбросами: около 10% всех измерений в холодный период показали аномально высокие значения — от 65 до 792 моль·км⁻²·сут⁻¹.

Особого внимания заслуживает рекордный показатель, зарегистрированный в мае 2023 года: над зоной газонасыщенных осадков в Гданьской впадине был зафиксирован абсолютный максимум эмиссии метана — 1100 моль·км⁻²·сут⁻¹. Этот уровень классифицируется как ураганный поток.

Анализ факторов, влияющих на изменчивость потока метана, показал, что ключевую роль играет ветер — он определяет 67 % изменчивости потока метана. На долю концентрации газа в воде приходится оставшиеся 33 %.

Для получения этих данных применялся комплексный междисциплинарный подход. Температуру и соленость воды фиксировали путем непрерывного зондирования с использованием мультипараметрического CTD‑зонда. Пробы морской воды исследовали методом фазово‑равновесного дегазационного анализа (headspace) на газовом хроматографе «КристалЛюкс‑4000М». Скорость ветра измеряли с помощью метеостанции Kestrel 4000, а затем приводили значения к высоте 10 м по формуле Хельмана.

Исследование, как часто и бывает, оставило больше вопросов, чем ответов. Не все полученные результаты мы можем сейчас объяснить. Морская экосистема сложнее, чем наземная, и современной океанологии (особенно, на стыке с биологией) не всегда хватает знаний для интерпретации полученных величин. Нам предстоит разгадать природу так называемого «океанического метанового парадокса» — причин появления пиков концентрации газа в хорошо насыщенном кислородом приповерхностном слое моря. Также крайне важно провести исследования в октябре, когда штормовая активность в Балтийском море резко возрастает и могут происходить самые мощные эмиссии, по которым у нас пока нет достаточного количества данных.

заключила Марина Ульянова.