Изотопный анализ раковин фораминифер в морских отложениях возле Шпицбергена показал, что из-за резкой потери ледникового покрова в Евразии в конце последних ледниковых периодов происходило массивное высвобождение метана. В соответствии с этим механизмом современная скорость подтаивания льда в Гренландии может привести к неустойчивости состояния пластов метана на дне моря под ледяным покровом и к значительным выбросам этого парникового газа.
Арктические и субарктические морские отложения содержат большие запасы метана, который сохраняется в форме гидратов метана, устойчивых в твёрдой фазе при высоких давлениях и низких температурах. Эти резервуары могут быть очень чувствительными к повышению температуры. При нарушении их устойчивости в гидратном состоянии метан может попасть в воду и в конечном итоге оказаться выброшенным в атмосферу. Подробнее о кругообороте «арктического» метана в гео- и экосистеме см. в другой статье на нашем портале. Это соединение — один из самых мощных парниковых газов, и парниковый эффект от него в 30 раз превышает эффект углекислого газа. Лёд Северного Ледовитого океана давит на морское дно и тем самым контролирует хрупкое равновесие фазы гидрата метана в морских отложениях. Моделирование показывает, что до 2050 года или раньше Арктика может сезонно терять значительные массы льда, что может привести к нарушению этого баланса.
Геохимики задались вопросом, можно ли зафиксировать выбросы метана в Арктике, которые могли образовываться в периоды потеплений после окончания очередного ледникового периода. Для этого измерялся изотопный состав углерода в оболочках фораминифер — морских микроорганизмов с кальциевыми ракушками. Фораминиферы строят свои раковины с использованием ингредиентов из воды, в которой они живут, поэтому изотопный состав углерода в них отображает геохимию океанской воды. Ракушки фораминифер сохраняются в донных отложениях на протяжении геологических отрезков времени, соответственно по ним можно отследить состояние окружающей среды на протяжении десятков или сотен тысяч лет, сопоставив данные с хронологией последних оледенений. Образцы фораминифер собирали возле западного побережья Шпицбергена. Для этого удалось отобрать керн (неразрушенные столбики горной породы) из двух скважин, пробуренных в морском дне. Один из кернов суммарной длиной 60 метров использовался как эталон для датировки отложений и калибровки стратиграфической шкалы. На колонке керна из другой скважины суммарной длиной 22 метра проводились измерения. Результаты этого исследования, проведённого на базе университета Тромсё (Арктический университет Норвегии) опубликованы в марте 2021 года в Geology.
Исследователей особо интересовали два значимых климатических периода — максимум последнего оледенения, или LGM (Last Glacial Maximum) около 20 тысяч лет назад, и эемский (Eemian) период потепления после окончания предпоследнего ледникового периода около 130 тысяч лет назад (в нашей литературе ему соответствует термин «Микулинское межледниковье», относящийся к Восточно-Европейской равнине). Климатические характеристики эемского интергляциала напоминают современные процессы с таянием льда в Арктике — причём даже в большей степени, чем те климатические изменения, которые происходили в конце LGM. Поэтому эемский период может служит моделью будущих процессов на Земле. Участки 22-метровой колонки керна как раз захватывали два этих периода.
Углерод из выбросов метана CH4 используется микроорганизмами для формирования известняковых раковин точно так же, как и «нормальный» углерод, например, растворённый в виде углекислого газа в морской воде. Изотопный состав углерода в выбросах метана и в воде отличается, поэтому аномально высокое выделение метана из-за каких-нибудь катаклизмов вроде потепления можно зафиксировать, исследовав химический состав ракушек микроорганизмов, живших в тот период. Дополнительным маркером служит изотопный состав некоторых других элементов, в частности, кислорода. Увеличение выбросов метана отражалось в геохимической летописи в виде уменьшения содержания устойчивого изотопа углерода-13 13C сначала в бентосных (обитающих на дне или в грунте) организмах. За этими изменениями по обратной связи следовало изменение содержания этого изотопа углерода, а также изотопа кислорода 18O в планктонных и бентосных видах.
По изотопам углерода удалось выявить несколько эпизодов высвобождения метана в прошлом. В частности, выделен такой эпизод, соответствующий окончанию последнего ледникового периода (около 11700 лет назад) и во время того самого эемского (или «Микулинского») межледниковья 125 тысяч лет назад. Схожесть геологических «отпечатков» этих событий позволяет предположить, что они происходили по одному и тому же механизму. По мере таяния льда и уменьшения его давления на морское дно метан мог выделяться как медленным просачиванием, так и скачками (выброс больших масс метана за малый по геологическим меркам промежуток времени). Через несколько тысяч лет после начала потепления, когда ледяной покров исчезал полностью, выбросы метана стабилизировались. Количество метана, которое выделялась в атмосферу во время таких эпизодов, пока определить не удаётся. В настоящее время мы наблюдаем таяние арктического льда, в частности, ледяного покрова (покровного ледника) Гренландии. Поэтому такой выброс метана может повториться, и эту возможность необходимо включать в климатические модели.
