Кто испустил эти газы: разработан метод «снятия отпечатков пальцев» с метана

Метан — второй по распространённости парниковый газ в земной атмосфере. То есть этот газ, также называемый болотным, задерживает тепло и нагревает планету, что многих пугает в плане последствий для климата. Причём его выбросы быстрым и не вполне изученным образом всё возрастают, особенно с 2007 года. Загадочность для исследователей состояла в сложности отслеживания: откуда же в той или иной местности происходит это бесцветное химическое соединение с формулой из одного атома углерода и четырёх — водорода. А с тем, что не очень понятно, сложнее бороться или хотя бы контролировать.


Чтобы решить задачу, коллектив учёных под эгидой Университета Мэриленда разработал методику «снятия отпечатков пальцев» с метана. Результаты исследования опубликовали в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences («Труды Национальной академии наук»). Авторам удался анализ химического состава наиболее редко встречающихся форм метана, которые принято называть изотопными вариантами. Открытый подход даёт возможность идентифицировать источники происхождения метана, а это могут быть как функционирующие благодаря ископаемому топливу производства, так и работа микроорганизмов в болотах, на мусорных полигонах и фермах, да, в том числе в брюхах коров. Так удалось решить задачу, которую не получалось разгадать ранее существовавшими методами. А годились прежние методики лишь для того, чтобы измерять содержание в воздухе наиболее распространённых изотопов метана.

Аспирант Моджхган Хагнегадар рассказал, что метан играет большую роль в изменениях климата. С происходящим в природе может соотноситься то, отчего всё-таки с 2007 года в атмосфере становится всё больше этого газа.

Исследователи превратились в ловцов метана. Они проанализировали пробы воздуха, которые собрали прямо в вузовском кампусе и ближайших окрестностях. Затем с помощью специально изготовленного оборудования по экстракции (извлечению веществ) также улавливали метан у гриля с горящими дровами и древесным углем. А затем отправились со своими спецприборами к двум заболоченным местностям, а также вычленяли метан из проб сжатого воздуха и природного газа.

После выделения и очистки искомого вещества они применили масс-спектрометр высокого разрешения, чтобы как можно лучше изучить химический состав газа. Анализ образцов показал, что метан, порождённый микробами, явно отличается от того, что поступил в воздух при использовании ископаемых видов топлива. Происхождение выдавала изотопная подпись конкретного шлейфа метана.

Как известно, один и тот же химический элемент может быть представлен разновидностями атомов, то есть изотопов, у которых одинаковый заряд ядра, а различия заключаются в числе нейтронов. А изотопная подпись, она же изотопная сигнатура, она же изотопный «отпечаток пальца» — специфическое соотношение изотопов определённых химических элементов в исследуемом материале.

Итак, изотопную подпись можно использовать для установления источника поступления метана в воздух. Как объяснил Хагнегадар, понимание того, что приводит к перепадам количества в атмосфере этого парникового газа, позволит обращать внимание, например, на те же свалки отходов.

Соавтор исследования профессор Рассел Дикерсон добавил, что у метана много источников и в природе, и среди рукотворных объектов. И если мусорный полигон и заболоченная территория находятся неподалёку от распределительной станции природного газа, да ещё и в близи от города, где происходит утечка из старых газопроводов, то крайне трудно вычислить «виновника». Теперь изотопы точно укажут, откуда поступает метан. А также помогут больше узнать о его глобальном распространении и предпринять необходимые меры, запустить важные проекты.

Теперь исследователи стремятся заполучить пробы воздуха десятилетней давности. Это позволит перепроверить ранее рассчитанные модели распространения выбросов в атмосферу. Кстати, метан удерживает в ней тепло в 28 раз лучше другого парникового газа — углекислого. Вместе с тем срок существования метана — лет десять, а углекислый газ способен задерживаться в атмосфере на сотни лет.

Вот почему завкафедрой геологии Джеймс Фаркуар, ещё один соавтор исследования, признал, что сокращение использования метана — в числе того немногого, на что люди в принципе могут повлиять. Профессор верит, что нужно выиграть примерно полвека времени до тех пор, пока человечество не научиться контролировать изменения климата, чтобы в итоге жить совсем в ином мире.