Uvolňování arktického metanu

Uvolnění arktické metanu určí několik forem odmítnutí metanu obsah v moři subglacial ekosystémů a půdách permafrost Arktidy .

Tento proces se přirozeně vyskytuje v průběhu dlouhé časové plány, ale je pravděpodobné, že změna klimatu v pozdním XX th  století a počátku XXI tého  století akcentuje jev. Jelikož metan je skleníkový plyn , jeho zrychlené uvolňování vede k pozitivní zpětné vazbě na globální oteplování , to znamená k jeho zrychlení.

Specifika arktické oblasti

Arktická oblast a některé subarktické oblasti se velmi liší od antarktických protějšků na jižní polokouli. Arktida je dnes jedním z mnoha zdrojů metanu.

Budoucí odchylky v arktických emisích metanu jsou nejisté, ale existuje shoda na jejich pravděpodobném nárůstu, který tento metan přidá k metanu jiných zdrojů (fosilních, mořských, zemědělských, odpadních atd.) V důsledku demografie. Svět, industrializace určité země a rostoucí poptávka po energii i globální oteplování.

Ale podle některých zdrojů ve zjevném rozporu s těmito „prognózami“ se zdá, že se globální koncentrace CH4 stabilizovala.

Případ termokarstické zóny

Tato oblast tvoří jakýsi obrovský ekoton odpovídající linii tání zmrzlé země. Permafrost a hydráty metanu se teplem zhoršují. Mohou pak uvolňovat velká množství metanu pod vlivem místních zdrojů vnitřního tepla (sopečného původu) nebo globálního oteplování. Existují i ​​další zdroje metanu, včetně podmořských taliků , říčních toků, ustupujícího ledu, podmořského permafrostu a rozkládajících se hydrátových ložisek.

Globální oteplování zesiluje uvolňování CH4 z termokrasů nejméně ze dvou důvodů:

  1. jednak kvůli úniku metanu obsaženého na různých skladovacích místech (klatráty, plynové bubliny zachycené v zemních kapsách atd.);
  2. na druhé straně v důsledku aktivní methanogeneze v létě v rozpadající se biomase . V Arktidě se velké množství metanu ukládá na ložiska zemního plynu, v permafrostu i v podmořských hydrátech metanu .

Případ vegetovaných (tundra) a zalesněných (taiga) oblastí

Obnova půdy (zejména pokud jde o vaskulární rostliny arktické mokré tundry) může interferovat několika způsoby (stále špatně kvantifikovanými a nepochopenými) s emisemi metanu z ekosystému:

Případ Inlandsis

V roce 2018 jsou ledové příkrovy v globálních „rozpočtech“ metanu stále nepřiměřeně ignorovány.

Mikrobiální život, téměř nepřítomný na ledu a v ledu, je naopak intenzivní pod arktickým polárním ledem v kontaktu se starými organickými půdami, každé léto, kdy je tam bohatá a cirkuluje kapalná voda (rychlost 10 6 –10 7 buněk bakterií na Běžné jsou tam ml vody nebo sedimentu; arktický ledový příkrov je ve skutečnosti částečně založen na neviditelné, ale rozlehlé mokřadní oblasti stále bohaté na organickou hmotu , která je výsledkem starověké tundry a rašelinišť, které tam prosperovaly během předchozích interglacialů).

Cyklus metan je stále aktivní tam, ale ještě nebyl hodnocen Celková nebo roční množství metanu, které mohou být uvolněn v oteplování situaci.

Důkazy ( zejména paleoklimatické ) naznačují, že tento CH4 by však mohl zesílit globální oteplování.

Na izotopové analýzy ukazují, že našel v meltwater z této oblasti metanu je mikrobiálního původu. Nedávná studie (2019) dospěla k závěru, že subglaciální organická hmota Grónska může mít dostatečné množství a rozhraní s tavnou vodou, aby mohla ovlivnit planetární biogeochemické cykly. Vědci požadují vyhodnocení letního metabolismu subglaciálních mikrobů v Arktidě a studium bilance emisí a jímek polárních subglaciálních ekosystémů, protože každé léto tam v anoxické situaci bakterie rozkládají organickou hmotu uvolňováním CO2 a CH4. Ale na druhé straně, na okraji pánve (směrem k vývodům taveniny) je subglaciální mikrobiální ekosystém více okysličený a je domovem velkého množství metanotrofních bakterií (které „konzumují“ metan).

V létech 2012 a 2013 vědci začali studovat biogeochemii mikrobiálních ekosystémů nacházejících se pod ledovcem Russel (západní hranice Grónska), a to prostřednictvím taveniny odváděné pod ledovec: metan je zde produkován hlavně bakteriemi ( Methanosarcinales a Methanomicrobials ) . Ale na okraji se ukázalo, že nejaktivnější a nejhojnější subglaciální biomasa je složena z methanotrofních bakterií řádu methylokoků, které naopak představují „metanový dřez“. Během 2 let 2012 a 2013, pod tímto ledem Russel, se rozpuštěný metan nacházející se v meltwater vypouštěné pod ledovcem pohyboval od 2,7 do 83 µm; a jeho koncentrace vždy nepřímo korelovala s koncentrací rozpuštěného kyslíku; na druhé straně to pozitivně korelovalo s elektrickou vodivostí vody. Za aerobních podmínek bylo více než 98% metanu ve vzorkované subglaciální vodě spotřebováno za přibližně 30 dní inkubace při ± 4 ° C a (rychlost mikrobiální oxidace metanu odhadovaná na 0,32 µm / 24 h) s emisemi CO2, ale méně " ve skleníku “než u CH4.

S každou dobou tání se pod indlandií vytvářejí sítě potoků, bystrin, tunelů, jezer atd. Poté se objeví na okraji indlansis " obláčky " vody přesycené metanem ( CH4 (aq) ). Tato voda odtékala pod ledovou čepičku na její obvod a poté rychle nechala uniknout část svého metanu do vzduchu („  atmosférický únik  “ je v této oblasti hlavním metanovým dřezem, jakmile odtok dosáhne horní hrany ledové čepičky). Pro studovanou oblast byl první odhad tohoto sezónního toku 6,3 tuny (průměr; pohybující se v rozmezí 2,4 až 11 tun) rozpuštěného CH4 (CH4aq) transportovaného laterálně zpod ledové čepičky.

Subglacial hydrologie je méně známé ve velké části Arktidy, že v některých alpských ledovců nebo v některých paleoklimatických evropském kontextu. V Arktidě se jeví jako rozhodující faktor při „kontrole“ toků metanu z ledového příkrovu. Ve skutečnosti je během odtoku vody nasycené metanem oxidováno pouze 17% tohoto vyvezeného methanu a zbytek prochází vzduchem. V Arktidě subglaciální difuzní proudy metanu (4,4 až 28 milimolů nebo CH4 na metr čtvereční za den) proto konkurují emisím z hlavních řek na světě (byly také dlouho podceňovány a z tohoto důvodu se v celkové rozvahy).

Paleoklimatologie, vlny vyhynutí a paleoekologie meziglaciálů

Vidíme, že čím více se klima otepluje, dnes a během předchozích interglacialů, tím více se zvyšuje asymetrie rychlostí metanu mezi dvěma póly. Během předchozích interglaciálních období byly koncentrace metanu v zemské atmosféře asi dvakrát vyšší než nejnižší hodnoty zaznamenané během doby ledové .

Koncentrace v arktické atmosféře jsou o 8–10% vyšší než v antarktické atmosféře .

Během doby ledové se tento gradient mezi Arktidou a Antarktidou zúžil na zanedbatelnou úroveň.

Ekosystémů pozemky jsou považovány za hlavní zdroj asymetrie, ačkoli to bylo zdůrazněno, že role Severního ledového oceánu je velmi podceňována. Ukázalo se, že teplota a vlhkost půdy mají významný vliv na výměnu metanu v tundře .

Poznámky a odkazy

  1. NOAA / Point Barrow Observatory, Aljaška, 71,323 - 156,611.
  2. „  Giovanni  “ , na Giovanni  (en) , NASA (přístup 6. listopadu 2020 ) .
  3. Christensen, TR, Johansson, T., Åkerman, HJ, Mastepanov, M., Malmer, N., Fribourg, T., ... & Svensson, BH (2004). Rozmrazování sub arktického permafrostu: Účinky na vegetaci a emise metanu . Dopisy o geofyzikálním výzkumu, 31 (4).
  4. (in) AA Bloom, PI Palmer, A. Fraser, DS Reay a C. Frankenberg, "  Velkokapacitní Kontroly methanogenesis vyvodit z metanu a Gravity Spaceborne údaje  " , Science , Americké asociace pro rozvoj vědy (AAAS) letu .  327, n O  5963,14. ledna 2010, str.  322-325 ( ISSN  0036-8075 , DOI  10.1126 / science.1175176 , číst online ).
  5. (en) Zimov, jeho; Schuur, Ea; Chapin, FS, 3Rd, „  Změna klimatu. Permafrost a globální uhlíkový rozpočet.  » , Science , roč.  312, n O  5780,červen 2006, str.  1612–3 ( ISSN  0036-8075 , PMID  16778046 , DOI  10.1126 / science.1128908 )
  6. (in) Shakhova, Natalia, „  Distribuce metanu v sibiřských arktických šelfech: důsledky pro cyklus mořského metanu  “ , Geophysical Research Letters , sv.  32, n o  9,2005, str.  L09601 ( DOI  10.1029 / 2005GL022751 , Bibcode  2005GeoRL..3209601S )
  7. (in) Natalia Shakhova a Igor Semiletov , „  Uvolňování metanu a pobřežní prostředí ve východosibiřském arktickém šelfu  “, Journal of Marine Systems , sv.  66, kost n  1-42007, str.  227–243 ( DOI  10.1016 / j.jmarsys.2006.06.006 , Bibcode  2007JMS .... 66..227S )
  8. (in) Merritt R. Turetsky , Benjamin W. Abbott , Miriam C. Jones a Katey Walter Anthony , „  Uvolňování uhlíku prudkým rozmrazením permafrostu  “ , Nature Geoscience , sv.  13, n O  2února 2020, str.  138–143 ( ISSN  1752-0908 , DOI  10.1038 / s41561-019-0526-0 , číst online , přistupováno 8. února 2020 )
  9. (in) KM Walter, JP Chanton, FS Chapin, EAG Schuur a SA Zimov, „  Produkce metanu a emise bublin z arktických jezer: izotopové důsledky pro věk a cesty zdroje  “ , Journal of Geophysical Research , Wiley-Blackwell, sv.  113,2. srpna 2008( ISSN  0148-0227 , DOI  10.1029 / 2007JG000569 , číst online )
  10. Joabsson A & Christensen TR (2001) Emise metanu z mokřadů a jejich vztah k cévnatým rostlinám: arktický příklad . Global Change Biology, 7 (8), 919-932. abstraktní
  11. Morrissey, LA, DB Zobel, GP Livingston, Význam průduchů ovládání na uvolňování metanu z Carex-ovládal mokřadů , Chemosphere , 26, 1-4339, 1993.
  12. Torn MS & Chapin III FS (1993) Environmentální a biotické kontroly toku metanu z arktické tundry . Chemosphere , 26 (1), 357-368. ( Souhrn ScienceDirect )
  13. Kelker D & Chanton J, The effect of clipping on methane emisí z Carex, Biogeochemistry, 39, 37–44, 1997
  14. ( shrnutí )
  15. Kirschke, S. et al. (2013) Tři desetiletí globálních zdrojů a propadů metanu . Nat. Geosci. 6, 813–823 | url + https://pdfs.semanticscholar.org/5c95/55488862df46651f3e97a9cbbcb0bc0cdabf.pdf
  16. Schaefer H a kol. (2016) Posun 21. století od fosilních paliv k biogenním emisím metanu, který uvádí 13CH4 . Věda 352, 80–84 ( abstrakt )
  17. Wadham JL, Tranter M, Tulaczyk S & Sharp M (2008) Subglaciální methanogeneze: potenciální klimatický zesilovač? Globální biogeochem. Cy. 22, GB2021 | URL = https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2007GB002951
  18. Broemsen EL (2014) Důkaz cyklování metanu pod západním okrajem Grónského ledového štítu
  19. Petrenko VV a spol. (2017) Minimální geologické emise metanu během akce Younger Dryas - Preboreal náhlého oteplování . Nature 548, 443–446 | URL = https://www.nature.com/articles/nature23316
  20. Wadham JL a kol. (2012) Potenciální zásobníky metanu pod Antarktidou . Příroda 488, 633–637.
  21. Michaud AB a kol. (2017) Mikrobiální oxidace jako pokles metanu pod západoantarktickým ledovým štítem . Nat. Geosci. 10, 582-586.
  22. Maurice L, Rawlins BG, Farr G, Bell R & Gooddy DC (2017) Vliv toku a sklonu lože na přenos plynu ve strmých proudech a jejich důsledky pro únik CO2 . J. Geophys. Res. Biogeosci. 122, 2862-2875.
  23. Hubbard, B., & Nienow, P. (1997). Alpská subglaciální hydrologie . Quaternary Science Reviews, 16 (9), 939-955.
  24. Piotrowski JA (1997) Subglaciální hydrologie v severozápadním Německu během posledního zalednění: tok podzemní vody, údolí tunelů a hydrologické cykly . Quaternary Science Reviews, 16 (2), 169-185.
  25. Dieser, M. a kol. (2014). Molekulární a biogeochemické důkazy cyklování metanu pod západním okrajem grónského ledového štítu . ISME J. 8, 2305–2316
  26. Stanley EH a spol. (2016) Ekologie metanu v potocích a řekách: vzorce, kontroly a globální význam . Škola. Monogr. 86, 146–171
  27. (in) Climate Change 2001: The Scientific Basis , IPCC , Cambridge University. Press , Cambridge, 2001.
  28. (in) DO Shakhova, Semiletov IP, AN Salyuk, NN Bel'cheva a DA Kosmach „ „  Metanové anomálie ve vrstvě vody blízké atmosféře nad policí východosibiřského arktického šelfu  “ , Doklady Earth Sciences , sv.  415, n o  5,2007, str.  764–768 ( DOI  10.1134 / S1028334X07050236 , Bibcode  2007DokES.415..764S )
  29. (in) Margaret Torn a Susan F. Stuart Chapin, „  Environmentální a biotické kontroly toků metanu z arktické tundry  “ , Chemosphere , Elsevier BV, sv.  26, n kost  1-4Leden 1993, str.  357-368 ( ISSN  0045-6535 , DOI  10.1016 / 0045-6535 (93) 90431-4 , číst online )
  30. (in) SC a WS Reeburgh Whalen, „  Spotřeba atmosférického metanu v půdě tundry  “ , Nature , Nature Publishing Group, sv.  346, n O  6280,12. července 1990, str.  160-162 ( ISSN  0028-0836 , DOI  10.1038 / 346160a0 , číst online )

Podívejte se také

Bibliografie

Související články

Externí odkaz