Трудности обоснования антропогенной концепции глобального потепления и сейсмогенно-триггерный механизм климатических изменений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обсуждаются трудности обоснования антропогенной концепции глобального потепления и предлагается сейсмогенно-триггерный механизм климатических изменений. Суть этого механизма состоит в том, что метан, содержащийся в микропорах мерзлых пород в запертом состоянии, может быть освобожден в результате разрушения микроструктуры среды из-за добавочных напряжений, вызванных триггерным эффектом деформационных волн, проходящих через газонасыщенные области осадочных толщ. Сами волны генерируются сильнейшими землетрясениями, происходящими в зонах субдукции. При характерной скорости деформационных волн порядка 100 км/год они проходят расстояние около 2000–2500 км от Алеутской и Курило-Камчатской зон субдукции до Арктической зоны примерно за 20–25 лет. Это соответствует разнице во времени между серией наиболее мощных землетрясений с магнитудой больше 8,5, произошедших в этих зонах в интервале 1952–1965 гг., и началам резкого потепления климата в 1980 г. После запуска процесса фильтрации газа в результате разрушения микроструктуры пор и резкого повышения проницаемости геосреды вследствие воздействия деформационной волны процесс эмиссии метана может продолжаться автономно в течение десятков и даже сотен лет в зависимости от толщины нарушенного газонасыщенного слоя. Этим объясняется продолжающаяся эмиссия метана на арктическом шельфе последние сорок с лишним лет после инициировавших ее сильнейших землетрясений середины прошлого века.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Леопольд Исаевич Лобковский

Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН; Сахалинский государственный университет-СахалинTECH

Email: llobkovsky@ocean.ru
ORCID iD: 0000-0002-8033-8452

академик РАН, доктор физико-математических наук, профессор, Международный Центр Дальневосточных и Арктических морей им. адмирала С.О. Макарова

Россия, Москва; Южно-Сахалинск

Игорь Петрович Семилетов

Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева ДВО РАН; Сахалинский государственный университет-СахалинTECH

Email: ipsemiletov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1741-6734

член-корреспондент РАН, доктор геолого-минералогических наук, профессор, Международный Центр Дальневосточных и Арктических морей им. адмирала С.О. Макарова

Россия, Владивосток; Южно-Сахалинск

Алексей Андреевич Баранов

Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: aabaranov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7793-5555

кандидат физико-математических наук

Россия, Москва

Ирина Сергеевна Владимирова

Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН

Email: vladis@gsras.ru
ORCID iD: 0000-0002-7301-7183

кандидат физико-математических наук

Россия, Москва

Список литературы

  1. Данилов-Данильян В. И., Катцов В. М., Порфирьев Б. Н. Экология и климат: где мы сейчас и где будем через два-три десятилетия. Ситуация в России // Вестник Российской академии наук. 2023. Т. 93, № 11. С. 1032–1046.
  2. Neukom R., Barboza L. A., Erb M. P., Shi Feng, Emile-geay J., Evans M. N. et al. Global mean temperature reconstructions over the Common Era. figshare. Collection. 2019. https://doi.org/10.6084/m9.figshare.c.4507043.v2
  3. AGES2k Consortium. A global multiproxy database for temperature reconstructions of the Common Era. Scientific Data 4. 2017. 170088 EP. https://doi.org/10.1038/sdata.2017.88.
  4. PAGES2k Consortium. Consistent multidecadal variability in global temperature reconstructions and simulations over the Common Era // Nat. Geosci. 2019. Vol. 12. P. 643–649. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0400-0
  5. IPCC Scientific Assessment 1990: Climate Change 1990 / eds. J. T. Houghton, G. J. Jenkins, J. J. Ephraums. Cambridge, Great Britain; New York, NY, USA; Melbourne, Australia: Cambridge University Press, 1990. 410 p.
  6. IPCC, 2001: Climate Change 2001: Synthesis Report. A Contribution of Working Groups I, II, and III to the Third Assessment Report of the Integovernmental Panel on Climate Change / eds.R.T.Watson, and the Core Writing Team. Cambridge, United Kingdom; New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2001. 398 p.
  7. Moberg A., Sonechkin D., Holmgren K. et al. Highly variable Northern Hemisphere temperatures reconstructed from low- and high-resolution proxy data // Nature. 2005. Vol. 433. P. 613–617. https://doi.org/10.1038/nature03265.
  8. Lamb H. H. The early medieval warm epoch and its sequel // Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 1965. Vol. 1. P. 13–37.
  9. Mann M. E., Bradley R. S., Hughes M. K. Global-Scale Temperature Patterns and Climate Forcing Over the Past Six Centuries // Nature. 1998. Vol. 392. P. 779–787.
  10. Masson-Delmotte V., Schulz M., Abe-Ouchi A., Beer J., Ganopolski A., González Rouco J. F., Jansen E., Lambeck K., Luterbacher J., Naish T., Osborn T., Otto-Bliesner B., Quinn T., Ramesh R., Rojas M., Shao X., Timmermann A. Information from Paleoclimate Archives. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / eds. T. F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S. K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex, P. M. Midgley. Cambridge, United Kingdom; New York, NY, USA: Cambridge University Press, 2013.
  11. Friedlingstein P., O‘Sullivan M., Jones M. W. et al. Global Carbon Budget 2022 // Earth Syst. Sci. Data. 2022. Vol. 14. P. 4811–4900. https://doi.org/10.5194/essd-14-4811-2022.
  12. Lobkovsky L. I. Seismogenic-triggering mechanism of gas emission activizations on the Arcticshelf and associated phases of abrupt warming // Geosciences. 2020. Vol. 10. P. 428.
  13. Lobkovsky L. I., Baranov A. A., Ramazanov M. M., Vladimirova I. S., Gabsatarov Y. V., Semiletov I. P., Alekseev D. A. Trigger Mechanisms of Gas Hydrate Decomposition, Methane Emissions, and Glacier Breakups in Polar Regions as a Result of Tectonic Wave Deformation // Geosciences. 2022. Vol. 12. P. 372.
  14. Lobkovsky L. I., Baranov A. A., Garagash I. A., Ramazanov M. M., Vladimirova I. S., Gabsatarov Y. V., Alekseev D. A., Semiletov I. P. Large Earthquakes in Subduction Zones around the Polar Regions as a Possible Reason for Rapid Climate Warming in the Arctic and Glacier Collapse in West Antarctica // Geosciences. 2023. Vol. 13. P. 171.
  15. Climate at a Glance: Global Time Series// NOAA National Centers for Environmental information. URL: https://www.ncei.noaa.gov/cag/ (дата обращения: 15.09.2022).
  16. Lay T. The surge of great earthquakes from 2004 to 2014 // Earth and Planetary Science Letters. 2015. Vol. 409. P. 133–146.
  17. Shakhova N. E., Semiletov I. P. Methane Hydrate Feedbacks // Arctic Climate Feedbacks: Global Implications / eds. Martin Sommerkorn, Susan Joy Hassol. Published by WWF International Arctic Programme August, 2009. P. 81–92. ISBN: 978-2-88085-305-1.
  18. Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., Yusupov V., Kosmach D., Gustafsson O. Extensive Methane Venting to the Atmosphere from Sediments of the East Siberian Arctic Shelf // Science. 2010. Vol. 327, N5970. P. 1246–1250. doi: 10.1126/science.1182221.
  19. Shakhova N., Semiletov I., Leifer I., Sergienko V., Salyuk A., Kosmach D., Chernikh D., Stubbs C., Nicolsky D., Tumskoy V., Gustafsson O. Ebullition and storm-induced methane release from the East Siberian Arctic Shelf // Nat. Geosci. 2014. Vol. 7, N1. P. 64–70. doi: 10.1038/ngeo2007, 2014.
  20. Shakhova N., Semiletov I., Sergienko V., Lobkovsky L., Yusupov V., Salyuk A., Salomatin A., Chernykh D., Kosmach D., Panteleev G., Nicolsky D., Samarkin V., Joye S., Charkin A., Dudarev O., Meluzov A., Gustafsson Ö. The East Siberian Arctic Shelf: towards further assessment of permafrost-related methane fluxes and role of sea ice // Phil. Trans. R. Soc. A. 2015. Vol. 373. 20140451. doi: 10.1098/rsta.2014.0451.
  21. Chernykh D., Shakhova N., Yusupov V., Gershelis E., Morgunov B., Semiletov I. First Calibrated Methane Bubble Wintertime Observations in the Siberian Arctic Seas: Selected Results from the Fast Ice // Geosciences. 2023. Vol. 13. 228. https://doi.org/10.3390/geosciences13080228.
  22. Shakhova N., Semiletov I., Chuvilin E. Understanding the permafrost–hydrate system and associated methane releases in the East Siberian Arctic Shelf // Geosciences. 2019. Vol. 9. 251. doi: 10.3390/geosciences9060251.
  23. Nicolsky D. J., Romanovsky V. E., Romanovskii N. N., Kholodov A. L., Shakhova N. E., Semiletov I. P. Modeling sub-sea permafrost in the East Siberian Arctic Shelf: The Laptev Sea region // J. Geophys. Res. 2012. Vol. 117. F03028. doi: 10.1029/2012JF002358, 2012.
  24. Romanovskii N. N., Hubberten H.-W., Gavrilov A. V., Eliseeva A. A., Tipenko G. S. Offshore permafrost and gas hydrate stability zone on the shelf of East Siberian Seas // Geo-Mar. Lett. 2005. Vol. 25. P. 167–182.
  25. Shakhova N., Semiletov I., Gustafsson O., Sergienko V., Lobkovsky L., Dudarev O., Tumskoy V., Grigoriev M., Mazurov A., Salyuk K. et al. Current rates and mechanisms of subsea permafrost degradation in the East Siberian Arctic Shelf // Nat. Commun. 2017. Vol. 8. 15872.
  26. Лобковский Л. И., Баранов А. А., Бобров А. М., Чуваев А. В. Глобальная геодинамическая модель современной Земли и ее приложение для Арктического региона // Доклады Российской академии наук. 2024. doi: 10.1134/S1028334X23603000.
  27. Гарагаш И. А., Лобковский Л. И. Деформационные тектонические волны как возможный триггерный механизм активизации эмиссии метана в Арктике // Арктика: экология и экономика. 2021. Т. 11, № 1. С. 42–50.
  28. Лобковский Л. И., Рамазанов М. М. Термомеханические волны в системе упругая литосфера – вязкая астеносфера // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2021. № 6. С. 4–18.
  29. Лобковский Л. И., Баранов А. А., Владимирова И. С., Габсатаров Ю. В., Алексеев Д. А. Возможный сейсмогенно-триггерный механизм эмиссии метана, разрушения ледников и потепления климата в Арктике и Антарктике // Физика Земли. 2023. № 3. C. 33–47.
  30. Lan X., Thoning K. W., Dlugokencky E. J. Trends in globally-averaged CH 4 , N 2 O, and SF 6 determined from NOAA Global Monitoring Laboratory measurements. 2015. Version 2023-02. https://doi.org/10.15138/P8XG-AA10.
  31. Dlugokencky E. J., Steele L. P., Lang P. M., Masarie K. A. The growth rate and distribution of atmospheric methane // J. Geophys. Res. 1994. Vol. 99. P. 17021–17043. https://doi.org/10.1029/94JD01245.
  32. Лобковский Л. И., Баранов А. А., Владимирова И. С., Алексеев Д. А. Сильнейшие землетрясения и деформационные волны как возможные триггеры потепления климата в Арктике и разрушения ледников в Антарктике // Вестник Российской академии наук. 2023. Т. 93, № 6. С. 526–538.
  33. Лобковский Л. И., Рамазанов М. М. К теории фильтрации с двойной пористостью // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2019. Т. 484, № 3. С. 348–351.
  34. Лобковский Л. И., Рамазанов М. М. Обобщенная модель фильтрации в трещиновато-пористой среде с низкопроницаемыми включениями и ее возможные приложения // Физика Земли. 2022. № 2. С. 144–154.
  35. Minoura K., Imamura F., Sugawara D., Kono Y., Iwashita T. The 869 Jogan tsunami deposit and recurrence interval of large-scale tsunami on the Pacific coast of northeastern Japan // J. Nat. Disaster Sci. 2001. Vol. 23, N2. P. 83–88.
  36. Ozawa S., Nishimura T., Suito H., Kobayashi T., Tobita M., Imakiire T. Coseismic and postseismic slip of the 2011 magnitude-9 Tohoku-Oki earthquake // Nature. 2011. Vol. 475. P. 373–377.
  37. McCaffrey R. Global frequency of magnitude 9 earthquakes // Geology. 2008. Vol. 36, N3. P. 263–266.
  38. Satake K., Atwater B. F. Long-term perspectives on giant earthquakes and tsunamis at subduction zones // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2007. Vol. 35. P. 349–374.
  39. Rajendran K. On the recurrence of great subduction zone earthquakes // Current Science. Special section: Earth Sciences. 2013. Vol. 104, N7. P. 880–892.
  40. Shennan I., Barlow N., Carver G., Davies F., Garrett E., Hocking E. Great tsunamigenic earthquakes during the last 1000 years on the Alaska megathrust // Geology. 2014. Vol. 42, N8. P. 687–690.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Картина изменения средней температуры Земли за последние две тысячи лет. Синяя кривая – восстановленный по различным данным график температуры, синяя область – доверительный интервал, черным показана температура в инструментальный период [2], модифицировано.

Скачать (111KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменение средней температуры Земли за последнюю тысячу лет. Красный график – глобальная температура из отчета МГЭИК 1990 г. [5], модифицировано; синий график – глобальная температура из отчета 2001 г. [6], модифицировано; черный график – глобальная температура из работы [7], модифицировано.

Скачать (209KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сопоставление графика объемов выбросов СО2 [11] и графика изменения средней температуры в Арктике на протяжении XX и начала XXI в. (исследования Арктического и Антарктического научно-исследовательского института), модифицировано. Красными жирными линиями показаны фазы быстрого потепления.

Скачать (326KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сопоставление графиков: a – изменения средней температуры в Арктике на протяжении XX и начала XXI в. [15], модифицировано; б – временной последовательности сильнейших землетрясений согласно [16], модифицировано.

Скачать (274KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распространение деформационных волн в Арктический регион, вызванных сильнейшими землетрясениями в Алеутской и Курило-Камчатской зонах субдукции.

Скачать (695KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Влияние изменения уровня моря на стабильность арктических газгидратов: a – холодный период, уровень моря понижен, дно мелководного арктического шельфа выходит на поверхность, среднегодовая температура –17 °C; б – теплый период, уровень моря повышен, шельф затоплен, среднегодовая температура воды –1°C [17].

Скачать (419KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Средняя концентрация метана в атмосфере: а – графики, демонстрирующие глобально осредненное среднемесячное значение метана в атмосфере [30]; б – график годовых приращений атмосферного CH4 на основе глобально усредненных данных о морской поверхности [31].

Скачать (158KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Сопоставление изменений сейсмической активности Земли и вариаций концентрации метана в атмосфере. Сплошной линией показана огибающая кривая, отражающая изменение среднегодовых приращений концентрации метана в атмосфере в период 1984–2022 гг. Пунктиром дана кривая вариации уровня сейсмической активности Земли, определяемой крупными землетрясениями с магнитудой больше 8 за период 1964–2002 гг. [32].

Скачать (241KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Вертикальная фильтрация метана, вызванная триггерным эффектом деформационных волн (жирные сплошные стрелки), поднятие пузырьков метана в воде – сипы (прерывистые стрелки).

Скачать (180KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024