Topniejące lodowce Svalbardu uwalniają metan sprzed milionów lat

Świat pod lodowcami Svalbardu skrywa coś więcej niż tylko skały i wodę. W dawnych warstwach geologicznych zalega metan, który powstał tam miliony lat temu, a obecnie topniejący lód pomaga mu przedostać się na powierzchnię. Zespół badawczy sprawdził 19 rzek wypływających spod różnych lodowców w środkowej części archipelagu i w każdej z nich odnotował poziom metanu wyższy, niż wynikałoby to z naturalnej równowagi z atmosferą. W skrajnym przypadku stężenie przekroczyło normę aż 425-krotnie.

Metan znaleziono we wszystkich 19 rzekach

To najobszerniejsze jak dotąd badanie tego typu przeprowadzone na Svalbardzie. Zespół zebrał 148 próbek wody z cieków odprowadzających wodę z 19 lodowców, różniących się między sobą wielkością, budową geologiczną oraz warunkami panującymi pod pokrywą lodową.

Rezultaty okazały się zaskakująco jednolite - woda spływająca ze wszystkich analizowanych lodowców zawierała więcej metanu, niż wynikałoby z równowagi z powietrzem. W okolicach czół lodowców zmierzone stężenia mieściły się w przedziale od 9 do 1700 nanomoli na litr, podczas gdy do uwolnienia gazu do atmosfery wystarczy już około 4 nanomole na litr przy temperaturze wody bliskiej zeru.

Najwyższy odnotowany wynik oznaczał przesycenie na poziomie około 425 razy większym od normy. Badacze nie objęli oczywiście analizą wszystkich lodowców archipelagu - wybrali 19 systemów tak, by uchwycić zróżnicowane warunki panujące w środkowej części Svalbardu. Celem było ustalenie, czy metan to zjawisko lokalne, czy raczej stały element wód wypływających spod lodu. Uzyskany rezultat stanowi mocny dowód na to, że wcześniejsze obserwacje dotyczące pojedynczego lodowca nie były przypadkowym wyjątkiem.

Ten gaz nie powstał wczoraj

Dotychczas w badaniach lodowców zakładano zwykle, że metan gromadzący się pod lodem to efekt działania mikroorganizmów rozkładających materię organiczną w warunkach beztlenowych. Na Svalbardzie sprawa wygląda inaczej. Naukowcy zbadali skład izotopowy węgla zawartego w metanie oraz obecność innych gazów, głównie etanu i propanu. Zebrane dane wskazują, że zdecydowana większość wykrytego metanu ma pochodzenie termogeniczne.

Powstał w głębokich warstwach skalnych, gdzie przez ogromne, liczone w epokach geologicznych okresy czasu dawna materia organiczna była poddawana działaniu wysokiej temperatury i ciśnienia. To ten sam mechanizm, dzięki któremu tworzy się gaz ziemny wydobywany ze złóż.

Pod lodem Svalbardu znajdują się formacje bogate w łupki zawierające węgiel organiczny, a część z nich pochodzi ze środkowego triasu, późnej jury oraz wczesnej kredy - są to więc skały liczące dziesiątki, a czasem ponad 100 mln lat. Metan mógł tkwić w takich strukturach przez miliony lat, zanim znalazł drogę ku powierzchni.

Lodowiec pełnił funkcję swoistego korka

Sama masa lodu może przyczyniać się do zatrzymywania gazu pod ziemią. Gruby lodowiec razem z zamarzniętym podłożem działa niczym kriogeniczna pokrywa - jeśli spód lodowca jest przymarznięty do skały, przepływ wody zostaje mocno ograniczony, a gaz nie ma zbyt wielu możliwości ucieczki. Sytuacja zmienia się w miejscach, gdzie temperatura lodu przy podłożu osiąga punkt topnienia.

Wówczas uruchamia się aktywny system wodny: woda z powierzchni lodowca wnika przez szczeliny i otwory, dociera do samego dna, przepływa przez pęknięcia w skałach i osadach, po czym wypływa na powierzchnię jako rzeka lodowcowa. Po drodze zdąża pochłonąć metan.

Proces ten można porównać do niezwykle powolnego płukania popękanej skały - woda sama w sobie nie generuje gazu, lecz dociera do miejsc, gdzie ten już wcześniej się znajdował, rozpuszcza jego część i wynosi ją na zewnątrz. Wpisuje się to w wyniki wcześniejszych badań, według których ocieplająca się Arktyka traci zdolność szczelnego przetrzymywania gazów w podłożu. Tam problemem była przepuszczalność zmarzliny, tutaj zaś podobna zmiana zachodzi w całym systemie lodowiec-woda-skała.

Samo topnienie to za mało - potrzebne są odpowiednie skały

Badacze przeanalizowali też, dlaczego niektóre rzeki niosły znacznie więcej metanu od pozostałych. Kluczowa okazała się kombinacja dwóch elementów. Pierwszy to geologia - najwyższe stężenia notowano tam, gdzie lodowce leżały nad formacjami zawierającymi łupki bogate w materię organiczną, czyli skały zdolne generować gaz. Drugim czynnikiem był stan termiczny dna lodowca.

Zespół posłużył się radarem penetrującym lód, aby ustalić, które fragmenty lodowców są przymarznięte do podłoża, a gdzie ich spód jest na tyle ciepły, by pozostać aktywny hydrologicznie. Najwięcej metanu pojawiało się tam, gdzie oba warunki występowały jednocześnie - pod lodem zalegały odpowiednie skały, a jednocześnie działał system wodny zdolny je przepłukiwać.

Sam ciepły spód lodowca okazał się jednak niewystarczający. Niektóre lodowce spoczywające na skałach metamorficznych miały aktywny obieg wody, a mimo to ich rzeki niosły stosunkowo niewiele metanu. Wniosek jest taki, że to podłoże dostarcza gazu, natomiast lód i woda decydują, czy uda się go wydobyć na powierzchnię.

Woda transportuje metan wprost do atmosfery

Gdy bogata w metan woda opuszcza wnętrze lodowca, ciśnienie spada, a rzeka zaczyna mieć kontakt z powietrzem - gaz stopniowo z niej ucieka. Część zostaje zużyta przez mikroorganizmy utleniające metan, jednak pomiary z wcześniejszych badań na Svalbardzie pokazały, że znaczna część gazu trafia do atmosfery już podczas przepływu rzeki przez teren przedpola lodowca.

Autorzy pracy przygotowali też pierwsze szacunki skali całego zjawiska. Dla poszczególnych lodowców transport metanu wahał się od około 1 kg do ponad 5 ton rocznie. Po przeskalowaniu tych danych na wszystkie lądowe lodowce Svalbardu naukowcy uzyskali wynik rzędu 182-368 ton metanu rocznie transportowanego przez rzeki lodowcowe.

To ilość, która sama w sobie nie zmieni globalnego bilansu gazów cieplarnianych - emisje wynikające z działalności człowieka są o wiele rzędów wielkości wyższe. Sami autorzy podkreślają, że opisany proces należy traktować jako dotąd słabo poznane źródło naturalne, a nie jako zjawisko porównywalne z emisjami przemysłu paliwowego czy rolnictwa.

Więcej gazu może wydostawać się w pobliżu lodowców

Co ciekawe, rzeki lodowcowe wcale nie muszą być głównym kanałem ucieczki metanu na Svalbardzie. Wcześniejsze badania wykazały istnienie bardzo bogatych w metan źródeł wód gruntowych, pojawiających się na terenach odsłoniętych po wycofaniu się lodowców. Dla całego archipelagu potencjalne emisje z tych źródeł oszacowano nawet na 2310 ton metanu rocznie - to niemal dziesięciokrotnie więcej niż obecny szacunek dotyczący rzek wypływających bezpośrednio spod lodu.

Ta różnica pokazuje, że topnienie lodu potrafi uruchomić kilka procesów naraz. Najpierw woda płynąca pod lodowcem wypłukuje gaz z podłoża, a później cofanie się lodowca odsłania grunt i otwiera nowe drogi dla wód podziemnych.

Svalbard zmienia się dziś tak szybko, że polscy naukowcy prowadzący badania na Spitsbergenie napotykają warunki zupełnie odmienne od tych sprzed zaledwie kilkudziesięciu lat. Najnowsze badanie dowodzi, że skutki tych przemian nie sprowadzają się jedynie do samego ubytku lodu.

Źródło: Spider's Web