Геологи оценили содержание ртути в почве в областях вечной мерзлоты и обнаружили, что в них содержится примерно в два раза больше ртути, чем в остальной почве, а также океанах и атмосфере вместе взятых. Из-за таяния мерзлоты в результате глобального потепления большое количество ртути может высвободиться и нанести ущерб экосистемам Северного полушария, пишут геологи в Geophysical Research Letters.

В областях вечной мерзлоты в северной Европе, Америке, Азии и на островах Северного Ледовитого океана температура верхних слоев земной коры не поднимается в течение года выше нуля градусов Цельсия, однако в связи с глобальным потеплением южная граница этих областей начинает медленно сдвигаться на север, что приводит к таянию содержащейся в почве воды. Это может привести к попаданию в почву, атмосферу и воду тех веществ, которые сейчас находятся в связанном состоянии. Чтобы оценить потенциальное влияние на экосистемы выхода этих веществ в свободное состояние, необходимо точно знать состав почвы и минералов, находящихся сейчас в замерзшем состоянии, тем не менее количественного химического анализа почвы в областях вечной мерзлоты было проведено довольно мало и далеко не для всех элементов.

Чтобы частично восполнить недостаток данных о химическом составе почвы в условиях вечной мерзлоты, группа геологов из США, Китая и Швеции под руководством Пола Шустера (Paul F. Schuster) из Колорадского университета в Боулдере провела анализ содержания в такой почве ртути. Для этого ученые исследовали 13 кернов вечномерзлой почвы максимальной глубиной от одного до двух с половиной метров, взятой с 2004 по 2012 годы в различных точках Аляски. Для анализа содержания ртути в кернах ученые измеряли два основных показателя: общее содержание ртути и отношение в почве концентраций ртути и углерода.

Оказалось, что общая концентрация ртути в почве сильно превышает среднее значение для обычной почвы. Как медианное, так и среднее значения примерно в 2 раза превышают данные измерений, сделанных в предыдущих работах для более южных областей. Так, медианная концентрация ртути составила 43 нанограмма ртути на грамм почвы (для областей без вечной мерзлоты в среднем 20), а средняя — 62 нанограмма (против 36 для невечномерзлой почвы). При этом распределение концентраций ртути содержит два пика: первый в районе 40 нанограммов на грамм почвы, и второй, менее выраженный, — около 100 нанограммов.

Справа приведены данные об общем содержании ртути в почве, слева — соотношение концентраций ртути и углерода (черным цветом обозначены новые данные об областях вечной мерзлоты, красным — более ранние данные о других областях)
Справа приведены данные об общем содержании ртути в почве, слева — соотношение концентраций ртути и углерода (черным цветом обозначены новые данные об областях вечной мерзлоты, красным — более ранние данные о других областях)

В свою очередь, соотношение между концентрациями ртути и углерода оказалось полностью соответствующим для всех других зон (с точностью до погрешности измерений все данные дают одинаковое среднее значение — около 1,6 микрограмма ртути на 1 грамм углерода — и соответствуют друг друг примерно для 11 тысяч различных измерений, как в зонах вечной мерзлоты, так и в других областях).

Ученые утверждают, что из-за этого полученную выборку кернов можно считать показательной для всех регионов вечной мерзлоты. Поэтому на основании известных карт о содержании органического углерода в почве в областях вечной мерзлоты и подтвержденной количественной оценки о соотношении ртуть-углерод для этих зон, авторы работы построили примерные карты распределения содержания ртути в областях вечной мерзлоты во всем Северном полушарии и оценили его общее содержание.

Карты распределения ртути в областях вечной мерзлоты на различной глубине, построенные на основе данных о содержании в почве углерода
Карты распределения ртути в областях вечной мерзлоты на различной глубине, построенные на основе данных о содержании в почве углерода

Оказалось, что суммарно в областях вечной мерзлоты, по оценкам ученых, находится около 800 килотонн ртути, что примерно в 10 раз больше, чем общий выброс ртути в результате деятельности человека за последние 30 лет. Кроме того, это значение более, чем в 2 раза превышает суммарное содержание ртути в других местах, включая почву, океан и атмосферу.

Для объяснения повышенного содержания ртути в областях вечной мерзлоты по сравнению с остальными регионами ученые предлагают несколько возможных механизмов, основанных на атмосферных процессах и связанных с преимущественным осаждением ртути в полярных областях. Авторы принимают во внимание большое количество неравномерно распределенных источников ртути в Северном полушарии, таких как лесные пожары и извержения вулканов, и утверждают, что ртуть в почве появляется не из подземных источников ртути, а именно из атмосферы в результате глобального цикла ртути.

По словам авторов исследования, при таянии вечной мерзлоты (а оно постепенно происходит), освободившаяся ртуть, которая в течение приблизительно тысячи лет находилась в «замороженном» состоянии, может довольно сильно повлиять на экосистемы Северного полушария. При этом, поскольку современные модели сильно недооценивают содержание ртути в областях вечной мерзлоты, они тоже должны быть частично пересмотрены.

Стоит отметить, что по оценкам содержания ртути в горных породах помогает оценить вулканическую активность в предыдущие геологические эпохи. В частности, именно с помощью анализа ртути удалось показать, что повышенная вулканическая активность была характерна для конца триаса и начала юрского периода и могла стать одной из причин триасового вымирания.