Российские исследователи из Института микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН (ИНМИ РАН) определили, сколько метана содержится в Чёрном море, и выяснили, откуда он там берётся.
Метан, по мнению учёных, один из основных источников энергии. Кроме того, это парниковый газ номер два после углекислого газа. За последние 500 лет количество метана на Земле увеличилось втрое и продолжает расти со скоростью 1% в год.
Микробиологи из ИНМИ РАН считают, что образование метана в Чёрном море, так же 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. Чёрное море учёные называют реактором, где протекает несметное число химических, физико-химических, биохимических, биологических процессов, многие из которых взаимосвязаны. Как рассказал на одном из недавних заседаний президиума РАН академик М. В. Иванов (ИНМИ РАН), работы по изучению роли микроорганизмов в образовании и окислении метана в Чёрном море были начаты совместно с Институтом океанологии АН СССР ещё в первой половине 80-х годов прошлого века. Тогда впервые были получены сведения о метанобразующих и метанокисляющих микроорганизмах в воде и донных осадках Чёрного моря, их распространении и геохимической активности.
Совместная экспедиция ИНМИ РАН с Институтом биологии южных морей, проводившаяся на подводной лодке-лаборатории «Бентос-300» в декабре 1990 года, получила первые доказательства крупномасштабных процессов анаэробного (в отсутствии свободного кислорода) окисления метана. Таким доказательством стали 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 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% состоят из кальциевого арагонита (СаСО3). Учёные предположили, что они образованы в значительной мере благодаря активности бактерий, окисляющих метан. Для такого предположения у исследователей были основания: органическое вещество обрастаний на карбонатных постройках имело максимально лёгкий изотопный состав углерода (лёгкий изотоп углерода — 12С), что свидетельствовало о его биогенном происхождении.
В течение последующих десяти лет учёные изучали биогеохимический круговорот метана в Чёрном море — в анаэробной и аэробной толще воды и донных осадках. В результате исследователи оценили содержание метана в анаэробной части в 45·1011 молей (то есть 7,2·1010 кг). При этом, как было показано, более 75% метана, растворённого 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 (то есть 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 счёт активности других микроорганизмов — архей в анаэробных микронишах, образующихся в кишечном тракте зоопланктона, и в скоплениях органических веществ различного происхождения. Именно за счёт метана, образованного в аэробной зоне, формируется его поток с поверхности моря в атмосферу. Оценка количества биогенного метана, поступающего в атмосферу, — ближайшая задача изучения цикла метана в Чёрном море. Благоприятные термобарические условия (температура и давление), существующие в глубоководной впадине моря (глубина более 700 м), позволили геофизикам прогнозировать поддонные залежи газогидратов метана. Их существование пока не подтверждено бурением, тем не менее, по мнению академика Иванова, расшифровка происхождения метана поддонных газогидратов, ещё одна первоочередная задача изучения цикла метана в Чёрном 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.
