Arkties vandenynas gali „sudeginti“ Žemę. Kas vyksta?

Metanas (CH₄) pagal gebėjimą sulaikyti šilumą Žemės atmosferoje nusileidžia tik anglies dioksidui (CO₂). Vien per pastaruosius penkerius metus dėl antropogeninės šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos metano koncentracija Žemės atmosferoje padidėjo maždaug 10 milijardinių dalių per metus, tai yra daugiau nei dvigubai daugiau nei anglies dioksido koncentracija. Tačiau mokslininkai vis dar tiksliai nežino, kaip metano ciklas reaguos į šylančią planetą.

Naujame tyrime mokslininkai sutelkė dėmesį į metano ciklą planetos praeityje, ieškodami užuominų apie ateitį. Tyrėjai sutelkė dėmesį į spartaus atšilimo ir vandenynų rūgštėjimo laikotarpį, įvykusį maždaug prieš 56 milijonus metų, vadinamą paleoceno-eoceno terminiu maksimumu (PETM, Paleocene-Eocene Thermal Maximum). PETM yra vienas geriausių didelio masto klimato pokyčio, kurį sukėlė Žemės anglies ciklo sutrikimai, pavyzdžių, daugeliu atžvilgių panašus į visuotinį atšilimą, kurį žmonija patiria šiandien.

Ankstesni tyrimai parodė, kad PETM greičiausiai vyko kartu su didžiuliu anglies dioksido ir CH₄ išsiskyrimu į Žemės vandenynus ir atmosferą – procesu, kuris paliko aiškius geocheminius pėdsakus nuosėdinėse uolienose. Deja, nepaisant trijų dešimtmečių tyrimų, mokslininkai vis dar negali tiksliai nustatyti šių dujų kilmės.

Naujajame darbe komanda daugiausia dėmesio skyrė Žemės anglies ciklo funkcionavimui PETM metu, tam panaudodama 15 metrų gylio jūrinių nuosėdų kerną, išgręžtą centrinėje Arkties vandenyno dalyje. Nuosėdos datuojamos 66 milijonų metų senumo, jose išsaugomi PETM atšilimo ir vėlesnio „atsigavimo“ laikotarpio, per kurį klimatas galiausiai stabilizavosi, pėdsakai.

Komanda iš nuosėdų išskyrė organines molekules ir išmatavo jose esančių skirtingų anglies formų kiekį. Rezultatai identifikavo organines molekules, vadinamas biožymenimis, kurie padėjo nustatyti, kurie mikrobai gyveno jūros dugne, kai susidarė nuosėdos. Komanda taip pat naudojo izotopus, kad nustatytų, kuo šie senovės mikrobai maitinosi.

Metanas paprastai turi lengvesnius anglies izotopus nei anglies dioksidas – paprastai tariant, metanu mintantys mikrobai gamina biožymenis su būdingais lengvaisiais anglies izotopais. Mokslininkai stebėjo šiuos žymenis pagrindiniuose mėginiuose ir nustatė, kad dominuojantys metano valgytojai Arkties vandenyne PETM metu pasikeitė.

Duomenys rodo, kad iki šio laikotarpio metanas susidarė giliai po jūros dugnu ir buvo sunaudojamas mikrobų, kurie kvėpuoja sulfatu, o ne deguonimi – šis procesas žinomas kaip anaerobinė metano oksidacija (AOM). Tačiau PETM metu su AOM mikrobais susijusių biožymenų sumažėjo.

Šiandien AOM sunaudoja didžiąją dalį metano, esančio jūros nuosėdose, nes šiuolaikiniuose vandenynuose gausu sulfatų. Tačiau PETM laikotarpiu sulfatų kiekis buvo daug mažesnis, o mikrobų absorbuojamas metano kiekis buvo ribotas. Manoma, kad šiuo laikotarpiu dėl didelio metano išsiskyrimo galėjo perpildyti „AOM nuosėdų biofiltrą“, į vandenį išleisdamas didžiulius metano kiekius.

Metanui pasiekus vandens storymę, biožymenys rodė, kad jį perėmė kitas mikrobų rinkinys. Šie mikrobai metaną suvartojo kvėpuodami deguonimi, vykdami procesą, vadinamą aerobine metano oksidacija (AMO). Manoma, kad šis perėjimas galėjo paversti Arktį didelio masto anglies dioksido šaltiniu.

Paprastai tariant, rezultatai rodo, kad Arkties vandenynas praeityje buvo reikšmingas šiltnamio efektą sukeliančių dujų šaltinis Žemės atmosferoje. Be to, tyrimo autoriai mano, kad panašus perėjimas įmanomas ir ateityje. Tačiau yra ir tokių, kurie skeptiškai vertina šią prognozę – norint patvirtinti arba galutinai paneigti naujus duomenis, reikės atlikti papildomus tyrimus.