Российские исследователи определили, сколько метана содержится в Чёрном море, и выяснили, откуда он там берется.

Метан, по мнению учёных, – один из основных энергетических источников. Кроме того, это – парниковый газ номер два после диоксида углерода. За последние 500 лет количество метана на Земле увеличилось втрое, и продолжает расти со скоростью 1% в год.

Исследователи из Института микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН (ИНМИ РАН), считают, что образование метана в Чёрном море, также как и его окисление (до углекислого газа), происходит с участием микроорганизмов. С ними, правда, не совсем согласны геологи, которые не последнюю роль в этом кругообороте метана отводят геологическим процессам, но всё же признают, что без бактерий дело не обходится.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Чёрное море ученые называют огромным реактором, где протекает огромное множество химических, физико-химических, биохимических, биологических процессов, многие из которых взаимосвязаны. Как рассказал на одном из недавних заседаний Президиума РАН академик Михаил Иванов (ИНМИ РАН), работы по изучению роли микроорганизмов в образовании и окислении метана в Черном море были начаты совместно с Институтом океанологии АН СССР еще в первой половине 80-х годов прошлого века. Тогда впервые были получены сведения о метанобразующих и метанокисляющих микроорганизмах в воде и донных осадках Черного моря, их распространении и геохимической активности.

Совместная экспедиция ИНМИ РАН с Институтом биологии южных морей, проводившаяся на подводной лодке-лаборатории «Бентос», в декабре 1990 г. получила первые доказательства крупномасштабных процессов анаэробного (в отсутствии молекулярного кислорода) окисления метана. Таким доказательством были обнаруженные карбонатные постройки разных типов: бугристые плиты округлой формы, плиты с одним или несколькими коралловидными наростами и плиты с башнеобразными или древовидными постройками высотой 30–100 см. Найдены они были в районе интенсивного газовыделения и высокого содержания метана на глубинах, где кислород полностью отсутствовал. При разрушении построек из внутренних полостей и каналов выделялись струи пузырьков газов. Как оказалось, постройки на 99,6% состояли из СаСО₃ (арагонита). Учёные предположили, что они были образованы в значительной мере благодаря активности бактерий, окисляющих метан. Для такого предположения у исследователей были основания: органическое вещество обрастаний на карбонатных постройках характеризовалось максимально легким изотопным составом углерода (легкий изотоп углерода – ¹²С), что свидетельствовало о его биогенном происхождении.

В течение последующих десяти лет ученые изучали биогеохимический круговорот метана в Чёрном море – в анаэробной и аэробной толще и донных осадках. В результате исследователи оценили содержание метана в анаэробной части в 45x10¹¹ молей (т.е. 7,2x10¹⁰ кг). При этом, как было показано, более 75% метана, растворенного в морской воде, продуцируют анаэробные микроорганизмы – археи, предположительно, из рода Methanotrix. Остальные 25% метана поступают в воду из сравнительно неглубоководных осадков – с глубины менее 700 м, а также из холодных метановых сипов (высачивающихся со дна флюидов метана) и подводных грязевых вулканов.

Исследователям из ИНМИ РАН удалось установить, что метан, мигрирующий из анаэробной зоны (толщи), практически полностью окисляется аэробными бактериями (т. е. бактериями, способными жить и развиваться только при наличии свободного кислорода) на границе восстановленных и окисленных вод моря. Однако уже в самой аэробной зоне метан образуется за счет активности других микроорганизмов – архей в анаэробных микронишах, образующихся в кишечном тракте зоопланктона и в скоплениях органических веществ различного происхождения. Именно за счет метана, образованного в аэробной зоне, формируется поток метана с поверхности моря в атмосферу. Оценка количества биогенного метана, поступающего в атмосферу – ближайшая задача изучения цикла метана в Черном море.

Термобарические условия (температура и давление), существующие в глубоководной впадине моря (глубина более 700 м), благоприятные для образования твердых газогидратов метана, позволили геофизикам прогнозировать их поддонные залежи. Хотя их существование пока не подтверждено бурением, расшифровка происхождения метана поддонных газогидратов, по мнению академика Иванова, – еще одна первоочередная задача изучения цикла метана в Черном море. Предполагают, что в образовании метановых газогидратов участвует как метан, который продуцируется археями в глубоководных осадках, так и метан водной толщи, мигрирующий из придонной воды в верхние горизонты осадков.