«Собранные» молекулы метана могут раскрыть тайны климата Земли

Метан — второй по значимости парниковый газ после углекислого газа. Он в 28 раз эффективнее удерживает тепло в атмосфере. Учёные давно пытаются понять, откуда берётся метан и как меняются его источники. Новое исследование предлагает неожиданный способ заглянуть в прошлое. Изучая «собранные» изотопы метана, международная команда впервые восстановила историю этого газа за последние десятилетия [1].

Что такое «собранные» изотопы

Обычные изотопы — это атомы одного элемента с разным числом нейтронов. Углерод бывает трёх видов: углерод-12, углерод-13 и углерод-14. Водород тоже имеет изотопы, включая дейтерий (тяжёлый водород). Изучая их соотношение, учёные определяют происхождение метана: из болот, сельского хозяйства или ископаемого топлива.

Однако иногда даже эти изотопные отпечатки оставляют неопределённость. Новый подход изучает молекулы, в которых два редких изотопа оказались рядом. «Когда мы говорим «изотопы» — это на уровне атомов. А «изотопологи» — это на уровне молекул, — объясняет геохимик Цзяян Сун. — Для собранных изотопов это две или более редких изотопных замены в одной молекуле» [2]. Например, в молекуле метана (CH₄) атом углерода-12 заменяется на углерод-13, а один из атомов водорода — на дейтерий. Или сразу два водорода заменяются на дейтерий.

«В некоторых случаях информация от собранных изотопов даёт данные, независимые от обычных изотопов», — говорит геохимик Джеймс Фаркуар. Это помогает лучше понять процессы в атмосфере [3].

Воздух из гренландского снега

Исследователи получили доступ к уникальному материалу — воздуху, законсервированному в фирне. Фирн — это уплотнённый снег, переходная стадия между снегом и льдом. В его порах сохраняется атмосферный воздух возрастом до 70 лет [4].

Команда из Утрехтского университета собрала образцы в 2018 году в рамках проекта EastGRIP в Гренландии. Они пробурили скважину и вставили в неё 5-метровый баллон и три трубки. Баллон надули, чтобы герметизировать отверстие и предотвратить загрязнение. Через трубки откачали воздух из пор фирна и закачали его в контейнеры на поверхности.

«Мы собрали образцы по 500-700 литров воздуха возрастом до сорока лет, — рассказывает Томас Рёкманн, профессор атмосферной физики. — Анализ такого воздуха многое говорит о составе атмосферы в прошлом» [2]. Количество воздуха было небольшим для точных измерений на приборе в Утрехте. Но группа из Университета Мэриленда располагала прибором, способным работать с меньшими объёмами. Это стало идеальным сотрудничеством [2].

Человеческий след в метане

Измерения показали неожиданный результат. Концентрация собранных изотопов метана (особенно Δ¹²CH₂D₂) заметно изменилась с начала индустриальной эры. Команда провела моделирование атмосферы за последнюю тысячу лет и определила причину [5].

«С начала индустриализации люди настолько нарушили баланс между выбросами и разложением метана, что это заметно в наших измерениях», — объясняет Малавика Сиван, первый автор исследования [2]. Уровень Δ¹²CH₂D₂ достиг минимума примерно в 1993 году. По словам Сиван, это вызвано ростом антропогенных выбросов метана в XIX веке. «Собранные молекулы метана требуют очень много времени, чтобы достичь равновесия после таких возмущений, поэтому в сигнале есть задержка» [6].

Исследователи также столкнулись с загадкой. Сигнал собранных изотопов в современной атмосфере оказался намного выше, чем у известных источников (болот, сельского хозяйства и ископаемого топлива). Это навело их на мысль, что источник сигнала — не эмиссия, а удаление метана из атмосферы. Молекулы с «собранными» изотопами реагируют с гидроксильным радикалом (OH) медленнее, чем обычный метан [2].

Что это даёт для будущего

Исследование открывает новые возможности для мониторинга климата. Понимая баланс между выбросами и удалением метана в прошлом, учёные смогут проверять, работают ли меры по сокращению выбросов.

«Снижение концентрации метана — один из самых быстрых способов замедлить глобальное потепление в краткосрочной перспективе», — отмечает Рёкманн [2]. Еуан Нисбет, профессор Лондонского университета, назвал работу «передовой» в улучшении понимания глобального баланса метана [6]. Их результаты помогут не только понять историю, но и наметить пути контроля роста метана. В будущем такие измерения могут стать индикатором успеха международных инициатив по снижению выбросов [2].

Читайте также:

Невидимый дождь из «вечных химикатов» накрывает планету

Скрытый поглотитель углерода Антарктиды: что наука знает о голубом углеводороде

---

Список источников

1. Clumped isotopes tracing methane cycle and budget: a review – Earth-Science Reviews, 2026
2. Air from Greenland snow shows industrialization’s impact on atmospheric methane – EurekAlert!, 2026
3. Evolution of atmospheric methane clumped isotope anomalies since the 1990s reconstructed from firn air measurements – Utrecht University, 2025
4. Anthropogenic perturbations to atmospheric methane reflected in Greenland firn air clumped isotope measurements – Science Advances, 2026
5. Clumped Isotopologues of Methane: Measurements and Modelling – Utrecht University, 2024
6. These «Clumped» Molecules Could Offer Clues About Earth’s Climate – Eos, 2026