Варианты глобального изменения климата и их последствия для жизни и цивилизации

[evil gryphon]

δ13C

Я прочитал статью по этому поводу (в которой как раз рассказывается про увеличение утечек при добыче сланцевого газа как причину увеличения концентрации метана за последние несколько лет) https://www.biogeosciences.net/16/3033/2019/bg-16-3033-2019.pdf

-  For our analysis, weuse the mean of theδ13C ratio (−46.9 ‰) from three stud-ies where the methane clearly came from horizontal, high-volume  fractured  shale  wells:−47.0 ‰  for  Bakken  shale,North  Dakota  (Schoell  et  al.,  2011),−46.5 ‰  for  Barnettshale,  Texas  (Townsend-Small  et  al.,  2015),  and−47.3 ‰for  Utica  shale,  Ohio  (Botner  et  al.,  2018).

- то есть: концентрация изотопов в сланцевом газе может быть близка к концентрации в атмосфере. (более низкая концентрация С13 в сланцевом газе может быть для очень малых глубин залегания сланцев.)
Но во второй половине 2019 года на Аляске начали регистрироваться выбросы газа (относительно недалеко от метеостанции так как они не полностью смешивались с атмосферой - то есть, выбросы почти наверняка из Аляски а не из остальных штатов) и у этих выбросов, судя по графикам ESRL, существенно меньшее чем в атмосфере, содержание изотопа С13. (на Аляске два месторождения нефти/газа которые сейчас разрабатываются (точнее две группы месторождений) - https://ballotpedia.org/Fracking_in_Alaska   https://en.wikipedia.org/wiki/The_Cook_Inlet_Basin    https://geology.com/articles/alaska-shale-gas/ ) и месторождения там довольно глубоко (больше тысячи футов) и я думаю (я не нашел документов с конкретными значениями для сланцев Аляски), что содержание С13 там должно быть не слишком низкое по сравнению с атмосферным.

= То есть:
Очень похоже что, выбросы газа, наблюдаемые со второй половины 2019 года на Аляске, происходят из поверхностных источников и не связаны с бурением месторождений нефти или газа на Аляске. (я не уверен на 100% но я думаю что в этом году это станет известно).

[evil gryphon]

http://arctic-news.blogspot.com/2019/12/extinction-in-2020.html - Сэм Карана говорит что вымирание человечества (Near Therm Human Extinction) может начаться уже так рано как в 2020 году (то есть: в этом году) (правда он также известен некорректной аппроксимацией данных полиномами высокого порядка, так что вероятность что это случится в 2020 году, очень мала.).

На самом деле, я ожидаю в этом году два варианта событий:

1. Выбросы метана будут расти немного сильнее чем в прошлом году (условно по какому-то линейному закону)
Это можно будет узнать по тому что к концу года концентрация метана в воздухе, измеренная на Гавайских островах, почти не изменится. (на самом деле для такого вывода нужны минимум 3 точки на графике и первая точка условно приходится на 2019 год а третью можно будет поставить в 2021-м)

2. Выбросы метана начнут расти по экспоненциальному закону (если это произойдёт в худшем варианте то станет видно к концу 2020 года, иначе к концу 2021 года). Это будет означать что у человечества начнутся проблемы во временном интервале до 2030 года.

[AlexAV]

http://arctic-news.blogspot.com/2019/12/extinction-in-2020.html - Сэм Карана говорит что вымирание человечества (Near Therm Human Extinction) может начаться уже так рано как в 2020 году (то есть: в этом году) (правда он также известен некорректной аппроксимацией данных полиномами высокого порядка, так что вероятность что это случится в 2020 году, очень мала.).

Надо записать прогноз. В 2021 можно будет посмеяться.

2. Выбросы метана начнут расти по экспоненциальному закону (я думаю, к концу 2020 года это станет ясно видно). Это будет означать что у человечества начнутся проблемы во временном интервале до 2030 года.

Откуда? На указанном масштабе времени это физически невозможно. Скорость разрушение морских гидратов лимитирована теплоёмкостью океана и их разрушение в любом сценарии займёт не менее 1000 лет. С учётом их достаточно ограниченного количества и малого времени жизни метана в атмосфере на содержание метана в атмосфере это вообще не скажется. Поступление метана при анаэробной деструкции органики в вечной мерзлоте лимитировано опять же процессом протаивания этой вечной мерзлоты, скорость которого ограничена из-за низкой теплопроводности грунта. Полное разрушение мерзлоты займёт опять же многие сотни лет.  Если посмотреть на то, сколько этот источник может дать, то там получается, что хорошо если 190 млрд. тонн углерода до 2200 года (https://www.researchgate.net/publication/227710663_Amount_and_Timing_of_Permafrost_Carbon_Release_in_Response_to_Climate_Warming). В среднем ну около 1 млрд. тонн в год. Пусть из них будет около 50% в форме метана (довольно обычное отношение при анаэробном сбраживании органического вещества). Эти дополнительные ~500 млн. тонн в год метана дадут менее 2 ppm увеличения его концентрации.
И что? Эти дополнительные 2 ppm вообще ни на что принципиально не повлияют.

Вообще эта паника из-за метана выделяющегося из вечной мерзлоты абсолютно непонятна и представляется совершенно необоснованной.

[Fall63]

Эти дополнительные ~500 млн. тонн в год метана дадут менее 2 ppm увеличения его концентрации.
И что? Эти дополнительные 2 ppm вообще ни на что принципиально не повлияют.

AlexAV

Это в случае равномерного выделения этого метана. А допустим кратковременные мощные выбросы могут что-нибудь сделать?

[Fall63]

Вообще интересен собственно вклад различных источников в образование полярных стратосферных облаков, от которых потепление высоких широт и отплясывает. Если доминируют эндогенные (метеорологические) факторы, тогда это вопрос напрямую не связанный с процессами, происходящими в биосфере/гидросфере/литосфере. А вот если доминируют экзогенные факторы , вроде поднимающегося в стратосферу метана - это уже интересно...

[AlexAV]

Это в случае равномерного выделения этого метана. А допустим кратковременные мощные выбросы могут что-нибудь сделать?

Сейчас суммарное количество метана в атмосфере около 5 млрд. тонн. Для того чтобы быстрый выброс мог дать сколько-нибудь значительный эффект при нём в атмосферу должно выделиться количество метана сколько-нибудь сравнимое с тем, которое в атмосфере уже есть в квазистационарном состояние, т.е. несколько миллиардов тонн. Для того что-бы существенно повлиять на климат - ещё больше, скорее десятки миллиардов тонн. Причём это выделение должно пройти быстро, на масштабе времени много меньшим времени жизни метана в атмосфере (около 10 лет).

Быстрое выделение метана в таких объёмах возможно только в одном случае - если он уже есть в готовом виде в какой-то ловушке, которая может быстро потерять стабильность (скажем, неглубокая геологическая ловушка перекрыта сверху мерзлотной породой, которая при оттаивание быстро может стать проницаемым, пласт метан-гидрата в метастабильном состояние). Медленное анаэробное разложение органики в почве тут явно не тот источник, который может дать столь мощное импульсное выделение метана, это всё же процесс медленный, даже если слой богатый органическим веществом оттаял - пока оно разложится пройдёт десятилетия.

Однако, очень сомнительно, что геологические образование, находящиеся на небольшой глубине в вечной мерзлоте и содержавшие столь большие объёмы свободного метана, который может быстро выделится в атмосферу, реально существуют сейчас.  Попросту если бы такие существовали - их бы уже разрабатывал Газпром, BP и прочие газодобывающие компании. Для сравнения - Уренгойское месторождение, одно из крупнейших в мире, имело начальные запасы около 11 млрд. тонн. газа.  Если его одномоментно спустить в атмосферу мы получим концентрацию метана около 6 ppm. Такое событие заметно подняло концентрацию метана в атмосфере на срок в несколько десятилетий, однако даже этого для каких-то совсем катастрофических климатических изменений было бы недостаточно. Чтобы устроить по настоящему что-то серьёзное потребуются уровни сильно превышающие 10 ppm, а для этого разрушившаяся формация должна содержать запасы свободного газа превышающие запасы Уренгойского месторождения в разы, а то и на порядок. Представить, что геологи ходят по месторождению в разы большего, чем Уренгойское и лежащее на глубине менее 100 метров (быстрое разрушение глубоко лежащего месторождения - почти невероятное событие), но при этом его до сих пор не нашли и не начали разрабатывать - почти невозможно.

[evil gryphon]

Откуда? На указанном масштабе времени это физически невозможно. Скорость разрушение морских гидратов лимитирована теплоёмкостью океана и их разрушение в любом сценарии займёт не менее 1000 лет.

Есть пробы осадочных пород высокого разрешения времён PETM (они были на глубине несколько десятков метров в устье реки и у них есть слои разного цвета, предположительно вызванные годовыми колебаниями стока воды) - на графике эти слои помечены треугольниками сверху - и, если это так (второе объяснение - что там какое-то многолетнее климатическое колебание которого в наше время нет - что менее вероятно) то очень большой выброс метана может произойти за время порядка 1 (одного) года. Может оказаться так что в то время этот выброс произошел из гидратов/мерзлоты и тогда примерно то же может повториться и сейчас.

Есть восточно-сибирский антарктический шельф (ESAS), большой по площади и холодный и на дне которого мерзлота и гидраты и газообразный метан под слоем этой мерзлоты и всё это стабильно при околонулевой температуре и небольшом давлении - там средние глубины порядка 60 метров и для дестабилизации метана достаточно очень малого роста температуры а 60 метров могут прогреться за 1 сезон.








ДОБАВЛЕНО




https://www.pnas.org/content/111/12/E1064

пишут что врашающаяся головка бура могла отрывать "блины" образца и поворачивать их по оси бурения, при этом между ними затекал буровой раствор тёмного цвета а потом всё это спрессовалось и затвердело, так что эти слои являются не годовыми а технологическими.

В пользу этого есть дополнительное соображение что весь процесс изменения изотопного состава который занимает всего несколько десятков слоёв ("лет") в океанических пробах с медленным накоплением осадков продолжается несколько сотен тысяч лет.

Но, в океанических пробах длительность быстропротекающего процесса невозможно установить потому что червяки и прочие донные организмы перемешивают дно и изотопный след размывается.

(добавлено ещё чтобы не забыть -  https://www.clim-past.net/11/95/2015/cp-11-95-2015.pdf )

[crazy_terraformer]

Если уронить  Апофис в 2036 году в подходящем месте , взбаламутим  какое—нибудь море или ударим по пластам в вечной мерзлоте . А после ляпота — пальмы на Шпицбергене разводить можно..

[Проходящий Кот]

ПАНАМА должна быть целью......

[AlexAV]

сть пробы осадочных пород высокого разрешения времён PETM (они были на глубине несколько десятков метров в устье реки и у них есть слои разного цвета, предположительно вызванные годовыми колебаниями стока воды) - на графике эти слои помечены треугольниками сверху - и, если это так (второе объяснение - что там какое-то многолетнее климатическое колебание которого в наше время нет - что менее вероятно) то очень большой выброс метана может произойти за время порядка 1 (одного) года. Может оказаться так что в то время этот выброс произошел из гидратов/мерзлоты и тогда примерно то же может повториться и сейчас.

Что касается PETM - то скорость выделения углерода в атмосферу тогда составляла 0.3 - 1.7 млрд. тонн в год и длилось это достаточно долго, около 20 тыс. лет (https://www.nature.com/articles/ngeo1179). В общем это был процесс отнюдь не таким уж и быстрым.

Тут ( https://www.clim-past.net/11/95/2015/cp-11-95-2015.pdf ) кстати, из тех же самых данных высокого разрешения, тоже даётся оценка времени перехода на PETM более 1000 лет. 

В общем изменение на PETM были не такими уж и быстрыми. Не годы, а тысячи лет.

Ну и кроме того, даже если окажется, что во время PETM произошло разрушение резервуара метана, такого объёма, что оно привело к очень быстрому климатическому сдвигу - из этого ещё не следует, что такое же возможно сейчас. Попросту для этого данный резервуар (достаточного объёма и такой, что физически может отдать метан в атмосферу за короткий срок) должен существовать. А его в настоящий момент нет.

 

Есть восточно-сибирский антарктический шельф (ESAS), большой по площади и холодный и на дне которого мерзлота и гидраты и газообразный метан под слоем этой мерзлоты и всё это стабильно при околонулевой температуре и небольшом давлении - там средние глубины порядка 60 метров и для дестабилизации метана достаточно очень малого роста температуры а 60 метров могут прогреться за 1 сезон.

60 метров мерзлоты физически не могут растаять за 1 год, и за 10 не могут, и даже за 100.

Давайте сделаем простые оценки. Пусть слой  осадков над нашим мерзотным пластом имеет толщину 10 метров, теплопроводность осадков 0.9 Вт м/K, содержание льда в мерзлотной породе 30%, потепление океанической воды - 1 градус (для придонного слоя морей Северного Ледовитого Океана - это уже довольно много). Тогда тепловой поток через верхний слой осадков будет 0.09 Вт/м2. Теплота плавления льда 330 кДж/кг, тогда для смещения границы между промерзшими и оттаивавшими породами на 1 метр к ним нужно повести 91 МДж/м2 тепла, что при тепловом потоке в  0.09 Вт/м2 потребует 32 года. Т.е. при указанных вводных граница мерзлоты будет двигаться лишь приблизительно на 3 см в год. Для таяния всего пласта толщиной 60 метров при таком темпе уйдёт даже не несколько столетий, а несколько тысяч лет.

Толстый слой вечной мерзлоты физически не может растаять быстро из-за высокой теплоты плавления льда и низкой теплопроводности пород. Это просто противоречит законам теплофизики. Т.е. ни о каком мгновенном (в масштабе человеческой жизни и даже в историческом масштабе) выделение метана из таких пород не может быть и речи, это физически невозможно.

Относительно возможного вклада клатратов Северного Ледовитого океана в эмиссию метана, то тут есть и более строгие оценки. Скажем в этой работе (https://www.earth-syst-dynam-discuss.net/esd-2017-110/) даётся оценка 17 млрд. тонн за следующие 100 лет, т.е. в среднем 170 млн. тонн в год. Это вообще ни о чём. Выделяющийся с такой скоростью метан никакого существенного влияния на климат оказать не может в принципе (разве что за счёт некоторого дополнительного вклада в увеличение концентрации CO2 в атмосфере, весь метан, поступающий в атмосферу, в конечном счёте превращается в углекислый газ).

[AlexAV]

Если уронить   Апофис в 2036 году в подходящем месте , взбаламутим  какое—нибудь море или ударим по пластам в вечной мерзлоте . А после ляпота — пальмы на Шпицбергене разводить можно..

Совершенно точно. Сам слой богатый клатратами за счёт медленного нагрева с поверхности выделить метан быстро не может принципиально просто из-за ограниченной теплопроводности пород и сильной эндотермичности плавления клатратов метана и льда. Единственный способ как это может произойти быстро, по крайней мере при текущей геологии их залегания и пространственном размещение - уронить на крупное скопление астероид или устроить крупное трапповое извержение под ним.  По другому  никак.

[clathrate gun]

60 метров мерзлоты физически не могут растаять за 1 год, и за 10 не могут, и даже за 100.

Речь шла о средней глубине моря в 60 метров. Там метангидрат стабилизирован очень небольшим давлением, и достаточно небольшого повышения температуры воды, чтобы он дестабилизировался.

Т.е. при указанных вводных граница мерзлоты будет двигаться лишь приблизительно на 3 см в год.

Это не так.

"На основе повторного бурения четырех скважин, выполненных Институтом мерзлотоведения Сибирского отделения РАН в 1982-1983 годах, ученые доказали, что скорости вертикальной деградации подводной мерзлоты в последний 30-летний период достигают 18 см в год (среднее значение - 14 см в год), что примерно на порядок выше, чем было принято считать ранее", - говорится в сообщении.

Ранее считалось, что основная часть подводной мерзлоты шельфа морей Восточной Арктики - самого широкого и мелководного шельфа Мирового океана - является сплошной, что исключает возможность дестабилизации гидратов метана. В том числе по этой причине эксперты Межправительственной панели климатических изменений (IPCC) ранее исключили возможность массированного выброса метана (второго по значимости парникового газа) из донных отложений морей Восточной Арктики.

Исследование томских ученых эту оценку опровергает. Установлено, что величина пузырькового потока метана из донных осадков в воду может изменяться от миллиграммов до десятков и сотен граммов с квадратного метра в сутки, что приводит к увеличению концентрации парникового газа в атмосфере до значений, в два-четыре раза превышающих фоновые концентрации.

https://tass.ru/obschestvo/4471735

[clathrate gun]

А теперь посчитаем.

Восточно-Сибирское море имеет площадь 944 600 км2.

Возьмём даже треть его площади и умножим не на сотни, а просто на сто грамм метана в сутки с квадратного метра и получаем.

300 000 км2*1 000 000 = 300 000 000 000 м2 * 0,1кг=30 000 000 тонн в сутки или 10,95 млрд. тонн метана в год.

[AlexAV]

Это не так.

Оценка зависит от содержания льда и клатратов в породе. Если оно высокое - скорость деградации будет низкой. Если оно мала - может определяться  иметь и более высокие значения. Если скажем взять содержание льда и клатратов не 30%, а 6%, то скорость движения фронта оттаивания получится при тех же вводных уже 15 см/год. Но если клатратов в породе мало - то и метана из них тоже очевидно выделится мало. На общий вывод это не влияет. Теплофизические ограничения принципиально не позволяют выделится слишком большому количеству метана из мерзлоты за ограниченное время.

 

Там метангидрат стабилизирован очень небольшим давлением, и достаточно небольшого повышения температуры воды, чтобы он дестабилизировался.

Плавление клатратов метана - процесс сильно эндотермический. Для него нужно очень много тепловой энергии. А взять его негде, не существует никаких физических механизмов, которые бы могли доставить его в пласт с поверхности кроме теплопроводности. А тепловой поток даже через не слишком толстый слой осадков из-за их довольно низкой теплопроводности очень мал и быстро затухает по мере увеличения их толщины. Т.е. относительно быстро могут растаять только те гидраты, которое лежат в верхнем слое осадков до глубины не более несколько метров, а это совершенно ничтожный объём. Всё что глубже будет таять страшно медленно.

[AlexAV]

А теперь посчитаем.

Восточно-Сибирское море имеет площадь 944 600 км2.

Возьмём даже треть его площади и умножим не на сотни, а просто на сто грамм метана в сутки с квадратного метра и получаем.

300 000 км2*1 000 000 = 300 000 000 000 м2 * 0,1кг=30 000 000 тонн в сутки или 10,95 млрд. тонн метана в год.

Есть проблема. Там просто его столько нет.   Его общее количество там оценивается как  1.8 млрд. тонн. В общем эти оценки с очевидностью не имеют никакого отношения к реальности (в отдельной особо удачной точке такие значения эмиссии возможны, но по всему морю Лаптевых - нет).

Вот таблица размещения клатратов метана в по регионам Северного Ледовитого океана (см. приложенный файл). Там по всему Северному Ледовитому океану в них содержится всего 26,7 млрд. тонн. Источник: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/je500770m

[clathrate gun]

Есть проблема. Там просто его столько нет.

Проблема в том, что есть совсем другие оценки. 1,4 трлн. тонн по всей Арктике.

https://en.wikipedia.org/wiki/Arctic_methane_emissions

[AlexAV]

Проблема в том, что есть совсем другие оценки. 1,4 трлн. тонн по всей Арктике.

Это оценки из работы Шаховой. Судя по всему они катастрофически завышены, работы других авторов не подтверждают столь большие значения.

[Кремальера]

Австралийская катастрофа: как пожары генерируют сами себя

NASA говорит что шлейф дыма от пожаров замкнулся вокруг шарика.Ситуация явно не имела место быть как минимум 60 лет,с начала эры спутников  ДЗЗ.Это явно не те масштабы что были при пожарах в 50-х-70-х годах.

[AlexAV]

NASA говорит что шлейф дыма от пожаров замкнулся вокруг шарика.Ситуация явно не имела место быть как минимум 60 лет,с начала эры спутников  ДЗЗ.Это явно не те масштабы что были при пожарах в 50-х-70-х годах.

Судя по данным представленным здесь: https://www.dfes.wa.gov.au/publications/GeneralReports/FESA_Report-NationalInquiryonBushfireMitigationandManagement.pdf пожары 1974/1975 года были куда сильнее и прошли куда большую площадь. В общем ничего уникального и необычного в текущих пожарах в Австралии для того региона нет, там такие события бывают если и не часто, то вполне регулярно.

[langust]

...пожары 1974/1975 года были куда сильнее и прошли куда большую площадь. В общем ничего уникального и необычного в текущих пожарах в Австралии для того региона нет, там такие события бывают если и не часто, то вполне регулярно.

А если учесть, что в 70-х температура на планете была минимальная, то вывод вполне очевиден: связь потепления с интенсивностью пожаров не прослеживается...