Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего - Роберт Хейзен
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
На бумаге идея была отличной, но разработка новых приборов требует денег, а традиционные спонсирующие организации как-то неохотно инвестировали в неопробованное спектроскопическое устройство. В 2012 г. DCO выделила Сюхею скромный грант в 100 000 долларов. Этого было недостаточно, чтобы создать новый инструмент, но оказалось достаточным стимулом, чтобы привлечь других людей. За год Сюхей создал свой прибор и получил первые результаты.
Устройство работало даже лучше, чем он себе это представлял. Острые пики позволяли разделить изотопные разновидности метана, а интенсивность этих пиков соответствовала относительным количествам. Теперь в нашем распоряжении имеются две взаимодополняющие техники и исследования изотопов в небольших молекулах газа идут полным ходом. Новые результаты по кислороду и углекислому газу уже опубликованы, а перспективы постижения Земли и ее углеродного цикла никогда еще не казались такими ясными.
По мере того как поступает все больше данных, приходит понимание, что история метана сложна и полна нюансов{101}. Некоторые образцы — преимущественно биотические и холодные, другие — глубинные и горячие. Но многие пробы метана, в том числе полученные из столь разных источников, как нефтяные скважины, глубоководные микробы и коровы, показывают распределение пяти разновидностей метана, предполагающее неравновесное смешение газа из разных источников. Это уже не вызывает у нас недоумения, поскольку мы в DCO сейчас понимаем, что изотопные варианты метана и многих других небольших молекул могут раскрыть такое богатство сведений о глубинном углероде, которое раньше и вообразить не могли.
Что возвращается обратно наверх?
Значительная доля углерода, уходящего вниз, в мантию Земли, в конечном счете возвращается обратно наверх. Некоторая его часть — в виде активных молекул углекислого газа — рассредоточенно просачивается наружу сквозь большие пространства суши над глубинными зонами, в которых тепло или флюиды медленно высвобождают углерод из горных пород. Земная кора выдыхает метан. Скрытые и зачастую не отмеченные на карте залежи богатого метаном льда, частично погребенные в арктической многолетней мерзлоте, а частично (этих еще больше) залегающие среди осадочных отложений континентальных шельфов, высвобождают метан, когда тают при нагревании. Также небольшое количество метана вырабатывают микробы, термиты и коровы. Углекислый газ как побочный продукт метаболизма выдают на-гора все животные, которые дышат воздухом. Но перечисленные источники едва заметные и скромные даже на местном уровне, их сложно измерить и учесть в глобальном масштабе. Зато вулканы, в свою очередь, извергают очень много насыщенных углеродом газов.
Гора Этна на восточном побережье Сицилии — самый большой в мире точечный источник углекислого газа, выпускающий в среднем около 5000 т CO2 в день, с отдельными выбросами, приближающимися к 20 000 т в день во время крупных извержений{102}. Такое интенсивное выделение газов — следствие разложения плотных толщ известняка, сквозь которые проходит лава Этны.
Однако и многие другие вулканы — даже те, которые находятся далеко от карбонатных пород, — выпускают в воздух сотни тонн CO2 в день, причем бо́льшая часть этого углекислого газа образовалась в глубокой мантии. Все вулканы в совокупности, скорее всего, являются самым большим природным источником углекислого газа в атмосфере. Но насколько большим?
Вулканический углерод
Все вулканы вырабатывают углекислый газ, когда бурлят и выпускают пар, — одни меньше, другие больше. Но сколько всего CO2 выбрасывается в небо? А скорость выхода постоянна или это что-то вроде обогащенной углеродом вулканической икоты? И когда образуется больше углерода — при медленном и стабильном фоновом высвобождении или при случайном взрывном событии? Учитывая значение, придаваемое углекислому газу в воздухе, особенно той роли, которую играет человеческая деятельность в изменении состава атмосферы, не лучше ли нам узнать, чем же являются вулканы — преобладающим источником или просто всплесками на фоновом уровне?
С самого своего основания Обсерватория глубинного углерода предпринимала согласованные на глобальном уровне попытки регистрации выбросов вулканических газов. Ученые DCO поддерживали разработку новых приборов — легких портативных газовых сенсоров с круглосуточным радиослежением, лабораторных инструментов для химического и изотопного анализа газа и даже чувствительных к углероду дронов для доступа к опасным и удаленным местам. Скоординировав экспертов со всего мира, они учредили проект DECADE (Deep Earth Carbon Degassing){103}. DECADE объединил усилия с международным научным проектом NOVAC (Network for Observation of Volcanic and Atmospheric Change) — объединением местных организаций, которые оснастили исследовательской техникой более 40 вулканов на пяти континентах[30]{104}. Увязать цели и интересы правительств на пяти континентах нелегко, но ставки в игре по мониторингу вулканов очевидны и высоки.
Достоверно измерить количество CO2, выбрасываемого вулканом, чрезвычайно сложно. Прежде всего потому, что атмосфера уже содержит около 400 молекул CO2 на миллион, так что вклад вулканов заключается в лучшем случае в скромном локальном увеличении повсеместно высокого фона. Более того, вулканические газы весьма изменчивы. Они выбрасываются толчками снизу, кружат и носятся туда-сюда вместе с ветрами. В таких условиях прямые измерения общего CO2, поступающего из действующего вулкана, почти невозможны.
Гораздо более надежную оценку общего выбрасываемого углекислого газа можно получить, измерив соотношение CO2 и еще одного газа — сернистого (SO2), который в значительном количестве (и очень зловонно) выделяется из многих вулканов{105}. В общем и целом в земной атмосфере немного SO2, так что здесь нет соревнования с фоновым содержанием. Более того, SO2 создает сильный сигнал поглощения, поэтому гораздо легче измерить общую эмиссию этого газа да к тому же измерения можно делать даже со спутников. Иными словами, если вы сможете определить соотношение молекул CO2 и SO2 рядом с вулканом плюс общее количество SO2, вам будет несложно вычислить количество углекислого газа, выбрасываемого этим вулканом.
Установить на действующий вулкан приборы отслеживания газа может быть непросто и опасно. Ядовитые выбросы горячего газа, обжигающие потоки лавы, кипящие озера и летящие во все стороны вулканические бомбы — обычные для такого вулкана явления. Чтобы зафиксировать аппаратуру, вулканологам приходится надевать защитные шлемы и газовые маски. Они тащат тяжелое оборудование и взбираются на самые кромки кратеров, расположенных на вершинах опасных активных вулканических построек. Ученых с их оборудованием испытывают на прочность ветер, другие погодные условия и едкие вулканические газы. Экспериментальная станция DCO на Вильяррике в Чили была уничтожена во время извержения вулкана в марте 2015 г. Через
