УРОК ЭКОЛОГИИ В 10 КЛАССЕ «КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА В БИОСФЕРЕ»
методическая разработка по экологии (10 класс) по теме

УРОК ЭКОЛОГИИ В 10 КЛАССЕ «КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА В БИОСФЕРЕ» /2 ч/

Цель урока:

На примере круговорота углерода познакомить учащихся с биогеохимическими циклами биогенных элементов, а также на примере круговорота углерода изучить проблему глобального потепления, закрепить навыки работы в сети Интернет, развитие умения анализировать информацию из научно-популярных журналов, привитие интереса к научной работе, развитие навыков коммуникативной культуры при работе в группе.

Межпредметные связи: химия (метан), информатика (Интернет). Внутрипредметные связи: биохимия растений, микробиология (метанобразующие бактерии).

Методы и приемы: эвристическая беседа, мозговой штурм, групповая работа, анализ, сравнение, технология критического мышления.

ХОД УРОКА:

I.  Актуализация знаний о распределении потоков вещества и энергии в биогеоценозах

Эвристическая беседа. Рассмотрите рис. 49 учебника «Схема составных частей экосистемы».

1. Что изображено стрелочками? (Потоки энергии)
2. Что называется потоком энергии в сообществе? (Переход энергии от организмов одного уровня к другому в форме химических связей органических соединений)
3. Почему стрелки разные по размеру? (Пропорционально количеству энергии, передаваемой с уровня на уровень согласно правилу 10%)
4. Согласно законам физики, мы знаем, что энергия никогда не исчезает и не создается вновь. Однако, согласно правилу 10%, энергия исчезает!!! Давайте попробуем разрешить противоречие. (Энергия в экосистеме не исчезает, а переходит из одной формы в другую: энергия света в химическую энергию пищи,  тепловую энергию, механическую энергию движения).
5. Что еще, кроме энергии, может перемещаться в сообществе? (Вещества)
6. Чем отличается поток энергии от потока вещества? (В потоке вещества принимает участие абиотическая среда; поток веществ происходит по замкнутому циклу, а энергия по замкнутому кругу передаваться не может).
7. Каковы отличия между круговоротом веществ в биосфере и биогеоценозе?

II.  Изучение нового материала.

1. Лекция учителя «Типы круговоротов веществ» (см. Приложение 1) 

2. Самостоятельная работа учащихся с учебником.

Изучите  в параграф 4.5, обратив внимание на круговорот углерода. Найдите объяснения новых терминов, обозначенных знаком «!».

Является ли описание круговорота полным и почему? (Нет, не указано участие человека в круговороте).

3. Сообщения учащихся «Характеристика круговорота углерода» (см. Приложение 2)

4. Групповая работа по составлению биогеохимического цикла углерода.

Сравните две схемы круговорота, выполненной профессионалами. Какая из них является наиболее полной и почему? (На рис. 1 представлен только биологический круговорот, на рис. 2 все три типа.)

Сравните с этими схемами ваши схемы, дополните их.

Рисунок 1. Круговорот углерода в биосфере. (по Б. Болину)

Рисунок 2. Круговорот углерода в биосфере (Дювиньо, Танг, 1968).

Итак, схема готова.

4. Изучение проблемы глобального потепления. Работа в сети Интернет. Анализ текстов.

Климат планеты в последние десятилетия становится более теплым и менее стабильным. Что Вам известно о глобальном потеплении и причинах, его  вызывающих?  Для ответа на данный вопрос откройте сайт http://ru.wikipedia.org/wiki. Найдите на главной странице найдите строку для поиска по сайту. Введите фразу – глобальное потепление.

Найдите объяснение терминам глобальное потепление, парниковый эффект.

Ответы с сайта.

Глобальное потепление — процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана.

Парнико́вый эффе́кт — повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, т. е. температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

Каковы причины глобального потепления?

Ответы с сайта.

Средняя температура по Земле поднялась на 0,6 ± 0,2 °C с конца XIX века, и что «бо́льшая доля потепления, наблюдавшегося в последние 50 лет, вызвана деятельностью человека», в первую очередь выбросом газов, вызывающих парниковый эффект, таких как углекислый газ (CO2) и метан (CH4).

Причины глобального потепления

Климатические системы изменяются как в результате естественных внутренних процессов, так и в ответ на внешние воздействия, как антропогенные, так и неантропогенные. Среди основных внешних воздействий изменения орбиты Земли (циклы Миланковича), солнечной активности, вулканические выбросы и парниковый эффект. Климатологи согласны в том, что в последнее время температура на Земле повысилась. Более спорной является причина этого повышения.

Науке известно, что добавление воды, углекислого газа или метана в атмосферу при прочих равных условиях повысит температуру планеты. Эти газы создают естественный парниковый эффект, без которого температура поверхности Земли была бы на 30 °C ниже, что сделало бы её непригодной для жизни. Поэтому, нельзя сказать, что идёт спор между теми, кто «верит» и «не верит» в теорию парникового эффекта. Скорее, оспаривается итоговый эффект увеличения количества парниковых газов в атмосфере Земли, т. е. не компенсируется ли потепление в силу парникового эффекта изменениями в распределении водяных паров, облаков, в биосфере или других климатических факторов. Однако, наблюдаемое последние 50 лет повышение температуры Земли противоречит теориям скептиков о компенсирующей роли перечисленных выше обратных связей.

Газы, которые участвуют в парниковом эффекте – это водяной пар, углекислый газ, озон, метан и окись натрия. Основной вклад в парниковый эффект вносит диоксид углерода, но ныне ежегодный прирост его концентрации в атмосфере очень невелик – 0.18°С за десятилетие, а вот содержание метана растет поистине драматически: по 0,8-1,0% в год.

5. Откройте поисковую систему yandex, сформулируйте вопрос – «Метановое море, метановое небо». Возьмите фразу в кавычки, это сделает поиск более строгим. Перейдите далее по ссылке Знание-сила : "ЗС" - оnline .   http://www.znanie-sila.ru/online/issue_1930.html

Проанализируйте найденный материал (см. Приложение 3).Работа в группах.

Выделите источники метана в природных условиях.

6. Афиширование итогов работы в группе.

Назовите основные источники метана:

Метан выделяется:

1. при разработке нефтяных месторождений (100 миллионов тонн ежегодно)
2. возделывании риса (50 миллионов);
3. метановыми пузырьками бурлят сточные воды (20);
4. улетучивается при сжигании твердых отходов (30) и хранении их на свалках (30);
5. стада коров в результате кишечной ферментации (80);
6. в результате естественных процессов, протекающих в природе, в основном в болотных топях и некоторых водоемах (160).

7. Мозговой штурм.

Поразмышляйте над фактом: в 2005-м, году было обнаружено аномально высокое содержание метана в тропических районах над вечнозелеными лесами. Масштаб аномалии свидетельствовал о существовании неучтенного источника метана, благодаря которому за период наблюдений (с августа по ноябрь 2005 года) в атмосферу дополнительно поступило 30-40 млн. тонн горючего газа.

Могут ли вышеназванные причины объяснить данный факт? (нет).

Почему?

При затруднении учащиеся получают первую часть статьи:

«Метан — гораздо более «сильный» парниковый газ, чем двуокись углерода. По сравнению с доиндустриальной эпохой содержание метана в атмосфере увеличилось почти втрое. Неудивительно, что в последние десятилетия ведутся углубленные исследования и учет всех источников атмосферного метана: как техногенных (сжигание органики, добыча ископаемого топлива), так и биологических. Считалось, что есть только один биологический процесс, в ходе которого выделяется метан, и только одна группа организмов, способных этот процесс осуществлять. Это метаногенные архебактерии — очень древние и во многом загадочные микроорганизмы, получающие энергию за счет восстановления углекислого газа или ацетата молекулярным водородом в бескислородных условиях с выделением метана в качестве конечного продукта.

Метаногены живут в разнообразных, порой весьма экзотических средах: в глубине болот (болотный газ), в кишечнике животных (тоже понятно), в толще осадка на дне океанов, озер, прудов и затопленных рисовых плантаций, в городских свалках и даже в недрах земли, в трещинах и полостях горных пород, до глубины 8-10 км. В качестве «пищи» их вполне устраивает смесь углекислого газа с водородом; углекислота есть повсюду, а источниками водорода служат либо бактерии-бродильщики, сбраживающие органику в бескислородных условиях, либо результаты реакции воды с перегретыми горными породами вблизи магматических очагов».

Почему именно над лесами? Предложите как можно больше гипотез, объясняющих этот факт. Гипотезы можно предлагать смелые, самые фантастические. «Проблемы никогда нельзя разрешить с тем же образом мыслей, который их породил». Альберт Эйнштейн.

Гипотезы выдвигаются до тех пор, пока не появится основная гипотеза: «Возможно, сами леса выделяют метан».

Как бы вы проверили свою гипотезу?

(Провели эксперимент с целью узнать, какой газ выделяют растения.)

«Знания, не рожденные опытом, матерью всякой достоверности, бесплодны и полны ошибок».   Леонардо да Винчи.

Давайте прочитаем вторую часть статьи, где и говорится об эксперименте, поставленным учеными.

«Франк Кепплер из Института Макса Планка (Гейдельберг, Германия) и его коллеги подошли к проблеме просто. Если метан образуется над тропическими лесами, подумали они, почему бы не проверить, не выделяется ли этот газ самими растениями? И не важно, что такое предположение противоречит всему, что известно о биохимии и физиологии зеленых растений...

Нарвали листьев и проверили. Выделяется. И не так уж мало: от 0,2 до 3 нанограммов на грамм сухого веса зеленой массы в час (при температуре 30°C). Процесс происходит в обычных аэробных условиях, которые для метаногенных архебактерий смертельны. На всякий случай ученые простерилизовали листья гамма-лучами и убедились, что на выделение метана это никак не повлияло. Таким образом, газ выделяется самими листьями, а не какими-либо притаившимися микробами. «Это однозначно свидетельствует о существовании до сих пор неизвестного пути синтеза метана в зеленых листьях», — скромно пишут исследователи в статье, опубликованной 12 января в журнале Nature.

«До сих пор неизвестного» — это мягко сказано. Немыслимого. Фантастического. Так будет точнее.

Разобравшись с сорванными листьями, стали проверять целые живые растения. Оказалось, что они выделяют на 1-2 порядка больше метана, чем мертвая листовая масса. Процесс резко активизируется на свету, вплоть до 870 нанограммов на грамм сухого веса в час.

Добавив в почву помеченный изотопом 13C ацетат, ученые доказали, что растения синтезируют метан не из ацетата, как это делают многие архебактерии-метаногены. Резкое усиление эмиссии газа при повышении температуры (вплоть до 70°C) свидетельствует о том, что процесс этот, скорее всего, неферментативный (т. е. не катализируется каким-то специальным ферментом, как у метаногенных архебактерий).

Растения лесов и саванн из-за особенностей фотосинтеза заметно отличаются друг от друга по соотношению изотопов 13C/12C. Такие же различия обнаружились и в выделяемом этими растениями метане.

Все эти факты однозначно показывают, что живые растения синтезируют метан сами, без участия микробов, а сам процесс растительного метаногенеза радикально отличается от архебактериального. Ученые допускают, что источниками растительного метана могут служить метоксильные группы (–OCH3) пектина и лигнина — обычных растительных углеводов.

Измерив интенсивность метаногенеза у многих видов растений из разных климатических зон, ученые попытались вычислить суммарное количество метана, выделяемого всеми зелеными растениями планеты. Разумеется, речь идет лишь о самой первой приблизительной оценке. Получилось, что живые растения выделяют от 60 до 240 млн тонн метана в год (причем основной вклад вносят тропические леса и саванны), и еще от 0,5 до 7 млн тонн производят опавшие листья. Все это вместе составляет 10-30% общего ежегодного поступления метана в атмосферу, включая техногенные источники.

III. Выводы.

Если полученные данные не окажутся результатом какой-то грандиозной ошибки, ученым придется пересмотреть (или, по крайней мере, существенно дополнить) имеющиеся представления о биохимии растений, углеродном цикле и механизмах климатических изменений.

Биогеохимические циклы легко нарушаются человеком и становятся ациклическими. Охрана природных ресурсов должна быть направлена на то, чтобы циклические биогеохимические процессы не превратить в ациклические.

Домашнее задание:

«Наблюдай, изучай и читай, чтобы ты был в состоянии преодолеть ещё оставшиеся у тебя сомнения и продвигался к дальнейшему изучению и постижению, ибо жизнь без познания означает смерть и бесславное погребение».  Эпикур.

Проанализируйте одну статью с сайтов

 http://www.poteplenie.ru/ ,        http://www.sci-lib.net/t378-st25.html

http://www.euroclimat.ru/cgi-bin/index.cgi?r=11&s=43&sr=2&ifthem=17 ,

Какие причины потепления выделяет автор в статье? Каковы последствия глобального потепления климата? Какие меры (политические, экономические и др.) по решению кризиса предлагаются? Выразите свое отношение к статье.

Индивидуальное задание: подготовьте сообщение по теме: «Круговорот воды в биосфере»

Литература:

1. Войткевич Г.В., Врогский В.А. Основы учения о биосфере: Книга для учителя. – М.: Просвещение, 1989. – 160с.
2. Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Экология. 9 класс: Тематическое планирование: методическое пособие. М.: Дрофа, 1998. – 80с.
3. Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Экология. 10 (11) класс: учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2006. – 251с.
4. Щукин И. Экология для студентов ВУЗов. Серия «Шпаргалки» - Ростов-на-Дону: Феникс, 2004 – 224с.

Приложение 1.

Лекция учителя «Типы круговоротов веществ»

Круговорот веществ — многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли. Круговорот веществ осуществляется при непрерывном поступлении (потоке) внешней энергии Солнца и внутренней энергии Земли.

В зависимости от движущей силы, с определенной долей условности, внутри круговорота веществ можно выделить геологический, биологический и антропогенный круговороты. До возникновения человек на Земле осуществлялись только первые два.

Геологический круговорот (большой круговорот веществ в природе) — круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы.

Эндогенные процессы (процессы внутренней динамики) происходят под влиянием внутренней энергии Земли. Это энергия, выделяющаяся в результате радиоактивного распада, химических реакций образования минералов, кристаллизации горных пород и т.д. К эндогенным процессам относятся: тектонические движения, землетрясения, магматизм, метаморфизм. Экзогенные процессы (процессы внешней динамики) протекают под влиянием внешней энергии Солнца. Экзогенные процессы включают выветривание горных пород и минералов, удаление продуктов разрушения с одних участков земной коры и перенос их на новые участки, отложение и накопление продуктов разрушения с образованием осадочных пород. К экзогенным процессам относятся геологическая деятельность атмосферы, гидросферы (рек, временных водотоков, подземных вод, морей и океанов, озер и болот, льда), а также живых организмов и человека.

Крупнейшие формы рельефа (материки и океанические впадины) и крупные формы (горы и равнины) образовались за счет эндогенных процессов, а средние и мелкие формы рельефа (речные долины, холмы, овраги, барханы и др.), наложенные на более крупные формы, — за счет экзогенных процессов. Таким образом, эндогенные и экзогенные процессы противоположны по своему действию. Первые ведут к образованию крупных форм рельефа, вторые — к их сглаживанию.

Магматические горные породы в результате выветривания преобразуются в осадочные. В подвижных зонах земной коры они погружаются вглубь Земли. Там под влиянием высоких температур и давлений они переплавляются и образуют магму, которая, поднимаясь на поверхность и застывая, образует магматические породы.

Таким образом, геологический круговорот веществ протекает без участия живых организмов и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли.

Биологический (биогеохимический) круговорот (малый круговорот веществ в биосфере) — круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. В отличие от большого геологического, малый биогеохимический круговорот веществ совершается в пределах биосферы. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами. В результате выделения в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов) органические вещества подвергаются минерализации, т.е. превращению в неорганические вещества. Эти неорганические вещества могут быть вновь использованы для синтеза автотрофами органических веществ.

В биогеохимических круговоротах следует различать две части:

1. резервный фонд — это часть вещества, не связанная с живыми организмами;
2. обменный фонд — значительно меньшая часть вещества, которая связана прямым обменом между организмами и их непосредственным окружением.

В зависимости от расположения резервного фонда биогеохимические круговороты можно разделить на два типа:

1. круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере и гидросфере (круговороты углерода, кислорода, азота);
2. круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (круговороты фосфора, кальция, железа и др.).

Круговороты газового типа более совершенны, т.к. обладают большим обменным фондом, а значит, способны к быстрой саморегуляции. Круговороты осадочного типа менее совершенны, они более инертны, так как основная масса вещества содержится в резервном фонде земной коры в «недоступном» живым организмам виде. Такие круговороты легко нарушаются от различного рода воздействий и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять в круговорот она может лишь в результате геологических процессов или путем извлечения живым веществом. Однако извлечь нужные живым организмам вещества из земной коры гораздо сложнее, чем из атмосферы.

Интенсивность биологического круговорота в первую очередь определяется температурой окружающей среды и количеством воды. Так, например, биологический круговорот интенсивнее протекает во влажных тропических лесах, чем в тундре. Кроме того, в тундре биологические процессы протекают только в теплое время года.

С появлением человека возник антропогенный круговорот или обмен веществ. Антропогенный круговорот (обмен) — круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нем можно выделить две составляющие: биологическую, связанную с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей (техногенный круговорот (обмен)).

Геологический и биологический круговороты в значительной степени замкнуты, чего нельзя сказать об антропогенном круговороте. Поэтому часто говорят не об антропогенном круговороте, а об антропогенном обмене веществ. Незамкнутость антропогенного круговорота веществ приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды. Именно они и являются основной причиной всех экологических проблем человечества.

Приложение 2.

Сообщения учащихся

Углерод в биосфере Земли часто представлен наиболее подвижной формой СО2. Источником первичной углекислоты биосферы является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних горизонтов земной коры.

Миграция СО2 в биосфере Земли протекает двумя путями. Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горючих сланцев, рассеянной органики осадочных горных пород. По второму пути миграция углерода осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где СО2 переходит в Н2СО3, НСО3'~, (-(V-. Затем с помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов (СаСО3) биогенным и абиогенным путем, Возникают мощные толщи известняков. Согласно расчетам советского ученого А. Б. Ронова, отношение захороненного углерода в продуктах фотосинтеза к углероду в карбонатных породах составляет примерно 1 : 4. Наряду с этим большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане.

Н пределах суши (рис. 10), где имеется растительность, СО2 атмосферы поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием СО2. Особое место в современном круговороте углерода занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания СО2 в атмосфере, связанное с ростом промышленности и транспорта.

Круговорот углерода. Продуценты улавливают углекислый газ атмосферы и переводят его в органические вещества, консументы поглощают углерод в виде органических веществ с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуценты минерализуют органические вещества и возвращают углерод в атмосферу в виде углевого газа. В Мировом океане круговорот углерода усложнен тем, часть углерода, содержащегося в мертвых организмах, опускается на дно и накапливается в осадочных породах. Эта часть углерода исключается из биологического круговорота и поступает в геологический круговорот веществ.

Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса, они содержат до 500 млрд. т этого элемента, что составляет 2/3 его запаса в атмосфере. Вмешательство человека в круговорот углерода (сжигание угля, нефти, газа, дегумификация) приводит к возрастанию содержания СО2 в атмосфере и развитию парникового эффекта.

Скорость круговорота СО2,, т.е. время, за которое весь углекислый газ атмосферы проходит через живое вещество, составляет около 300 лет.

Приложение 3.

Метановое море, метановое небо 

Само небо подсказывает тему, пишет имя ее на своем полотнище, «на каждом вздохе рассвета» (П. Элюар). Небо не синее, не лазурное, не звездное, не бездонное, а дымчатое — огромная посудина, в которую перетекают испарения Земли, ее гарь и чад. Содержание окиси углерода и озона становится темой новостей, и как, может быть, думаешь, провожая «год расшатавшейся погоды», через какое-то время темой новостей станет концентрация метана.

В последние годы этот «болотный газ» оказался в фокусе открытий. Ученых интересует, как он влияет на климат. Как попадает в атмосферу? Растет ли его атмосферное содержание по вине человека? Может ли метан со дна океанов подниматься на их поверхность? Обо всем этом — в выписках, сделанных в последние месяцы.

Начну с цифр. Сколько всего метана ежегодно попадает в атмосферу? Не менее 500 миллионов тонн. Причем повинны в этом прежде всего мы сами, наша манера хозяйствовать: две трети метана, поступающего в атмосферу, антропогенного происхождения. На протяжении ХХ столетия содержание метана в атмосфере практически удвоилось, а ведь это — третий по значению парниковый газ после водяного пара и углекислого газа.

Тут стоит упомянуть о результатах исследования немецкого ученого Дитера Клея, поскольку оно осталось малозамеченным: за последние 45 лет количество водяных паров в стратосфере по неясным пока причинам возросло на 75 процентов. Возможно, что повышение средней температуры планеты в данный период наполовину обусловлено именно этим явлением.

В отличие от стратосферных паров воздуха, происхождение метана тщательно исследовано. Метан выделяется при разработке нефтяных месторождений (100 миллионов тонн ежегодно) и возделывании риса (50 миллионов); метановыми пузырьками бурлят сточные воды (20); он улетучивается при сжигании отходов (30) и хранении их на свалках (30). Наконец, до 80 миллионов тонн метана ежегодно выделяют в атмосферу стада коров. Журнал «Знание — сила» уже отмечал, что «количество метана, выделяемого всем мировым поголовьем коров, сравнимо разве что с количеством выхлопных газов, выброшенных в атмосферу всеми автомобилями мира» (2001, № 6). Около 160 миллионов тонн метана образуется в результате естественных процессов, протекающих в природе, в основном в болотных топях и некоторых водоемах.

Так, совместная российско-бельгийская экспедиция, исследуя Байкал, обнаружила недавно четыре района в южной части озера, где выделяется метан. Очевидно, здесь происходит таяние запасов гидрата метана, сформировавшихся под высоким гидростатическим давлением (глубина исследованной части озера достигает 1400 метров). Этот процесс сопровождается выделением пузырьков газа. По оценке геологов, таяние началось ввиду заметного прогрева дна озера, вызванного притоком тепла из недр планеты.

Особую тревогу вызывает положение в северных широтах, где выделение метана преобладает над его потреблением. Еще в 1989 году на страницах нашего журнала (№ 7) член-корреспондент АН СССР Г. Заварзин отмечал, что «на Российскую Федерацию ложится совершенно особая ответственность», поскольку предполагаемые центры мощного образования метана лежат в основном в зонах мерзлоты в Сибири (а также в Канаде, на севере Европы). Чем сильнее будет прогреваться мерзлотный грунт, тем больше метана попадет в атмосферу. А ведь при глобальном потеплении именно в северных районах планеты изменения климата будут особенно велики («Знание — сила», 2002, № 7).

Сказанное уже подтверждается фактами, хотя на фоне событий «большого стиля» — наводнений в Причерноморье или Центральной Европе — эти факты не привлекают внимания. Так, никакой интерес СМИ не проявили к опубликованному этим летом докладу американского сенатора Теда Стеффенса. Между тем он сообщал, что за последние тридцать лет средние летние температуры в штате Аляска возросли на 2,8 градуса, а средние зимние температуры — на 5,6 градуса (!). Напомню, что, по самым смелым прогнозам, среднеглобальная температура Земли возрастет к 2100 году на 5,8 градусов.

«Стало, несомненно, теплее, — говорит Гленн Джадай, метеоролог из Аляскинского университета. — Положительных результатов потепления придется ждать еще долго, негативные видны уже сейчас». Площадь ледяного покрова у побережья Аляски, начиная с 1978 года, сократилась на 14 процентов. Дома в Фэрбенксе, стоявшие когда-то на мерзлотном грунте, теперь грозят рухнуть. Перемены замечаются в животном и растительном мире. Так, сосновая тайга на Аляске сейчас поражена короедами. Разумеется, подобные процессы затрагивают и наш, российский Крайний Север.

Особое внимание в последние годы ученые обращают на еще один важный природный источник метана — Мировой океан. Долгое время считалось, что пузырьки метана, поднимаясь со дна океанов, уже с глубины 300 — 600 метров не успевают всплыть к поверхности, они либо растворяются в воде, либо поглощаются бактериями. Однако наблюдения показали, что даже в тех районах океана, где глубина составляет 2,5 — 5 километров, эти пузырьки достигают атмосферы. Вот только метановая активность отдельных районов океана еще мало изучена, поэтому не стоит удивляться разбросу оценок, когда речь заходит о морском метане.

- На «метановой карте океана» белые пятна исчезают прямо на наших глазах. Так, исследовательница из ЮАР Скарла Уикс сообщила, что у берегов Намибии открыта обширная область выделения метана. Прежде там были известны лишь отдельные источники.

- Во многих районах океана — в Баренцевом, Балтийском и Северном морях, в норвежских фьордах и у побережья Намибии — обнаружены крупные скопления метана, залегающие прямо под морским дном. Там часто образуются кратеры диаметром от нескольких сантиметров до 25 метров. Оттуда вырывается метан. Возле этих источников возникают колонии микроорганизмов и трубчатых червей.

- Близ месторождений нефти встречаются грязевые вулканы. Вместо раскаленной лавы они извергают клубы газа (в том числе метан), воду и глинистую массу. На суше известно около 600 таких вулканов, кстати, 220 из них расположено в Азербайджане. Однако грязевые вулканы есть и на морском дне; пока они мало изучены, и нам остается ограничиться лишь упоминанием некоторых фактов.

- В восточной части Средиземного моря отдельные участки дна усеяны плоско-выпуклыми холмами — грязевыми вулканами. В Северном Ледовитом океане известен подводный вулкан Хаакон Мосби. Его высота достигает двух километров. Каспийское море ежегодно выделяет до 200 тысяч тонн метана, причем в отдельные годы, когда грязевые вулканы проявляют особую активность, эта цифра заметно растет.

Откуда же в океанах берется метан? Он имеет разное происхождение. Я не случайно упомянул нефть. Вот уже сотни миллионов лет реки приносят в моря органические вещества — остатки растений и животных. Они опускаются на дно, образуя слои илистых отложений. Со временем эта органика превращается в месторождения нефти и природного газа, где один из основных компонентов — метан. Из недр земли он регулярно поднимается наверх.

- На небольшой глубине, где морская вода хорошо прогрета, метановые струи заметны по клокотанию крохотных пузырьков газа. Обычно рядом скапливаются бактериальные маты, вьются трубчатые черви, виднеются раковины. Очевидно, именно шельфовые участки Мирового океана — их глубина не превышает двухсот метров — выделяют в атмосферу значительное количество метана.

- В зоне материковых склонов, на глубине от 200 до 2000 метров, вода заметно холоднее. Когда метан, поднимаясь из недр земли, встречается с водой, просочившейся сквозь трещины земной коры, он сразу остывает. Так образуется вещество, похожее на лед, — гидрат метана. Это — горючее вещество, а его запасы, по оценке американского геолога Кейта Квенволдена, превышают запасы нефти, угля и природного газа, вместе взятые.

- Вот только можно ли добыть метановый лед? Ученые пока не знают. Ведь, в отличие от угля или нефти, это вещество очень нестойкое. Гидрат метана стабилен лишь при высоких давлениях и низких температурах, то есть на глубоководных участках или в земной коре. Если месторождение метанового льда окажется на поверхности, а так и будет, когда его начнут разрабатывать, он растает, растворится в воде.

Подобное таяние ученые наблюдали не раз. Так, в 1997 году в Монтерейской бухте, близ Сан-Франциско, запасы метанового льда полностью растаяли после прихода теплого морского течения «Эль-Ниньо». Тогда метан бил фонтаном. Один из таких фонтанов выбрасывал до двухсот литров метана в минуту.

- На дне океанов встречаются горные хребты, сложенные из метанового льда. Они часто осыпаются, выделяя метан. Так, журнал «Eos» сообщал о канадских рыбаках, поймавших в сети близ острова Ванкувер несколько тонн метановых льдин. Российские ученые из ВНИИ геологии и минеральных ресурсов Мирового океана во главе с Игорем Грамбергом наблюдали, как после землетрясений выделяются большие количества метана (подробнее об этом см. «Известия», 21.06.02). Их коллега Крис Голдфингер из Орегонского университета опасается, что при сильном землетрясении у побережья штата произойдет очень мощный выброс метана. Немецкие исследователи заметили, что приливы и отливы также влияют на количество метана, попадающего в атмосферу из океанов.

Однако большую часть морского метана вырабатывают микроорганизмы — так называемые метанобразующие архебактерии. Они разлагают растительные и животные частицы, выделяя в год до четырехсот миллионов тонн метана, — это продукт их обмена веществ.

Впрочем, почти весь этот метан тут же и потребляется. Донные отложения бедны кислородом, и потому здесь прижились микробы, которые питаются метаном или продуктами его разложения.

По оценке американской исследовательницы Виктории Орфан, сообщества микробов перерабатывают до 300 миллионов тонн метана в год. Без них давно бы наступило глобальное потепление. В отдаленном прошлом, когда атмосфера Земли почти не содержала кислород, но изобиловала метаном, лишь одноклеточные организмы защитили планету от парникового эффекта, постепенно поглотив почти весь «болотный газ». «Если бы не эти микробы, — отмечает Кай Уве Хинрикс из американского Woods Hole Oceanographic Institution, — то, наверное, не было бы и нас».

Сейчас количество метана в атмосфере ежегодно увеличивается на один процент. Виной тому — развитие сельского хозяйства и особенно животноводства. Поэтому футурологи, рисуя мрачные картины будущего Земли, не забывают о метане. Да ведь однажды было такое! Пятьдесят пять миллионов лет назад средняя температура на Земле внезапно поднялась на пять — семь градусов (подробнее об этом «Знание — сила», 2001, № 3). Многие морские животные вымерли. И все из-за выброса огромного количества метана в атмосферу.

Возможно, причиной этого события, считает американский геолог Гэвин Шмидт, было движение литосферных плит, точнее говоря, столкновение Индостанской плиты с Евроазиатской. Тогда Индия стала частью Азии, но при соударении плит пострадали скопления метанового льда. Весь этот метан выделился в атмосферу. Его избыток и вызвал резкое потепление на планете. Лишь через сотни тысяч лет атмосферный баланс восстановился, и температура пришла в норму.

Сейчас смешно заявлять, что метан, поднимающийся со дна океанов, может вызвать новое потепление. Ведь в атмосферу попадает гораздо больше метана антропогенного происхождения, чем океанического.

Возможна ли в будущем та же катастрофа, что случилась 55 миллионов лет назад? Все-таки да, и тут не нужно дожидаться новой сшибки материков. Глобальное потепление может привести к тому, что вода над материковыми склонами прогреется и запасы метанового льда начнут повсюду таять. К поверхности океанов поплывут стойкие метановые пузырьки. Их пелена окутает планету, как парниковая пленка. Земным организмам придется, как сказал бы Р. Нудельман, «претерпеть могучую метановую отрыжку с невообразимо жуткими последствиями».

...Тогда само море подскажет тему, напишет имя ее на своем полотнище, «на волнах на кораблях» (П. Элюар). Море не синее, не лазурное, а дымчатое — огромная посудина, из которой текут испарения Земли, ее гарь и чад.