Сильный рост концентрации водорода в атмосфере стал еще одной климатической угрозой
Концентрация водорода в воздухе выросла на 60% по сравнению с доиндустриальной эпохой, что указывает на колоссальное влияние сжигания ископаемого топлива на состав атмосферы планеты. Сам по себе водород к парниковым газам не относится, но он оказывает косвенное согревающее воздействие посредством реакций с другими молекулами.
Эти выводы основаны на первом в истории долгосрочном отчете об атмосферном водороде, опубликованном на сервере препринтов Research Square. Он составлен с использованием данных ледяных кернов, извлеченных в Гренландии в 2024 году.
«Данные ледяных кернов просто невероятны», — потрясен профессор Алекс Арчибальд из Кембриджского университета.
Водород — это небольшая легкая молекула, которая легко улетучивается в атмосферу. Это означает, ледяные керны теряют его, пока их везут в лаборатории, порой за тысячи километров. Поэтому ученые пошли другим путем — прибыли к месту исследования с лабораторным оборудованием.
«Мы взяли приборы на лед, и как только пробурили образцы, сразу начали их очищать и герметично запаивать в наши камеры плавления, чтобы провести анализ прямо на месте», — объясняет климатолог Джон Паттерсон из Калифорнийского университета в Ирвайне.
Таким образом удалось составить долгосрочную запись об атмосферном водороде за последние 1100 лет. Это стало огромным прогрессом по сравнению с предыдущим самым длинным временным рядом около 100 лет, который основывался на данных наблюдений и анализе снежного покрова.
«С точки зрения логистики получение этих измерений действительно впечатляет», — признает профессор Дэвид Стивенсон из Эдинбургского университета.
Измерения показали рост концентрации атмосферного водорода с примерно 280 частей на миллиард в начале XIX века до около 530 частей на миллиард сегодня. По словам Паттерсона, это неудивительно, учитывая резкий рост сжигания ископаемого топлива с доиндустриальной эпохи. Водород выделяется как побочный продукт при сжигании ископаемого топлива или биомассы.
Исследователи объединили информацию из записей ледяных кернов с моделированием, чтобы попытаться воссоздать картину колебаний уровня водорода на протяжении последнего тысячелетия.
«Наши данные показывают, как изменилась атмосфера, но не объясняют, почему она менялась. Поэтому мы пытаемся использовать эти биогеохимические модели, чтобы исследовать возможные причины изменений», — говорит Паттерсон.
Например, данные ледяных кернов показывают, что уровень водорода в атмосфере снизился на 16% во время так называемого Малого ледникового периода между XVI и XIX веками. Сокращение выбросов от лесных пожаров в это время не полностью объясняет такое резкое падение, подчеркивает исследователь: «Это говорит нам о том, что естественная биогеохимия водорода меняется вместе с климатом способом, который мы не совсем понимаем [и] которого совершенно не ожидали».
Это может означать тревожные последствия для будущего, поскольку указывает на то, что уровень водорода в атмосфере может быть гораздо более чувствительным к климатическим изменениям, чем считалось ранее.
Находясь в атмосфере, водород тратит гидроксильные радикалы, которые очищают воздух от метана, отличающегося сильнейшим парниковым эффектом.
«Чем больше водорода в атмосфере, тем меньше гидроксилов, которые могут вступать в реакцию с метаном, — объясняет Паттерсон. — Сейчас в атмосфере содержится около 0,5 части на миллион частей водорода. По самым точным нашим оценкам, это вносит около 2% в общий эффект антропогенного потепления».
Лучшее понимание цикла водорода крайне важно для оценки возможных экологических последствий замены им ископаемого топлива. Резкое увеличение концентрации водорода в атмосфере может, например, усилить согревающий эффект метана, выбросы которого неуклонно растут с 2007 года из-за добычи ископаемого топлива, сельского хозяйства и повышения температуры, провоцирующего выход метана из болот и вечной мерзлоты.
«Метан — это главная причина, по которой мы не решаемся на переход к водородной энергетике, поскольку неизбежно некоторое количество водорода будет попадать в атмосферу. А если выбросы водорода усилятся — это усугубит метановый кризис», — предупреждает Арчибальд.
По его словам, это может служить аргументом в пользу ограниченного использования водорода там, где возобновляемые источники энергии не могут заменить ископаемое топливо.
Однако Паттерсон и другие эксперты уверены, что согревающий эффект водорода ничтожен по сравнению с огромным вкладом ископаемого топлива в глобальное потепление. «Не хочу, чтобы водородная энергетика кого-то напугала — это явно более предпочтительная альтернатива», — подытожил он.
