Ipoteza pistolului Clathrate - Clathrate gun hypothesis

Clatratul de metan este eliberat ca gaz în coloana de apă înconjurătoare sau în soluri când temperatura ambiantă crește
Impactul concentrațiilor de metan atmosferic de CH 4 asupra creșterii temperaturii globale poate fi mult mai mare decât s-a estimat anterior.

Clatrat Ipoteza arma se referă la o explicație propusă pentru perioadele de încălzire rapidă în timpul Cuaternarului . Ideea este că modificările fluxurilor în apele intermediare superioare din ocean au provocat fluctuații de temperatură care s-au acumulat alternativ și au eliberat ocazional clatrat de metan pe versanții continentali superiori, aceste evenimente ar fi provocat ciclurile Bond și evenimente interstadiale individuale , cum ar fi interstadialele Dansgaard-Oeschger .

Ipoteza a fost susținută pentru perioada Bølling-Allerød și Preboreal , dar nu și pentru interstadialele Dansgaard – Oeschger , deși există încă dezbateri pe această temă.

General

Zăcăminte de hidrați de gaze pe sectoare

Studiile publicate în 2000 au considerat că acest efect ipotetic este responsabil pentru încălzirea evenimentelor din și la sfârșitul ultimului maxim glaciar , dar raportul distinct izotop deuteriu / hidrogen (D / H) indică faptul că metanul a fost eliberat de zonele umede . Deși perioadele de metan atmosferic crescut se potrivesc cu perioadele de eșec al pantei continentale .

La un moment dat, păreau să existe dovezi mai puternice că descompunerea clatratului de metan care a fugit ar fi putut provoca modificări drastice ale mediului oceanic (cum ar fi acidificarea oceanelor și stratificarea oceanelor ) și a atmosferei pe perioade de timp de zeci de mii de ani în timpul paleocenului-eocenului termic Acum maxim 56 de milioane de ani, și mai ales evenimentul de dispariție permian-triasic , când până la 96% din toate speciile marine au dispărut, acum 252 de milioane de ani. Cu toate acestea, modelul schimbărilor de izotopi așteptat să rezulte dintr-o eliberare masivă de metan nu se potrivește cu modelele observate acolo. În primul rând, schimbarea izotopului este prea mare pentru această ipoteză, deoarece ar necesita de cinci ori mai mult metan decât se postulează pentru PETM și apoi, ar trebui reîngropat la o rată nerealist de mare pentru a explica creșterile rapide ale Raportul 13 C / 12 C pe tot parcursul primului Triasic înainte de a fi eliberat din nou de mai multe ori. Cu toate acestea, se susține în continuare că un potențial mecanism de feedback pozitiv din disocierea clatratului ar amplifica viitoarea încălzire globală. Cu toate acestea, disocierea trecută a hidraților la Svalbard în urmă cu opt mii de ani a fost atribuită revenirii izostatice (ridicarea continentală după deglaciație ).

Raportul SWIPA 2017 notează: „Sursele arctice și chiuvetele de gaze cu efect de seră sunt încă îngreunate de lipsurile de date și cunoștințe”.

Evenimente de lansare posibile

Două evenimente posibil legate de excursiile cu metan sunt evenimentul de dispariție permian-triasic și maximul termic paleocen-eocen (PETM). Clatratul de metan permafrost ecuatorial ar fi putut avea un rol în încălzirea bruscă a „ Pământului Glob de Zăpadă ”, în urmă cu 630 de milioane de ani. Un eveniment similar este eliberarea hidratului de metan, după retragerea stratului de gheață în ultima perioadă glaciară , în urmă cu aproximativ 12.000 de ani, ca răspuns la încălzirea Bølling-Allerød . În acest caz, eliberarea de metan a fost un efect, mai degrabă decât o cauză, a încălzirii.

Mecanism

Structura specifică a unei piese de hidrat de gaz , din zona de subducție din Oregon
Sediment purtător de hidrat de gaz, din zona de subducție din Oregon

Clatratul de metan, cunoscut și sub numele de hidrat de metan , este o formă de gheață de apă care conține o cantitate mare de metan în structura sa cristalină. Depozite potențial mari de clatrat de metan au fost găsite sub sedimente de pe fundul oceanic al Pământului, deși estimările dimensiunii totale a resurselor date de diferiți experți diferă prin numeroase ordine de mărime, lăsând îndoială cu privire la mărimea depozitelor de clatrat de metan (în special în viabilitatea extragerii acestora ca resursă de combustibil). Într-adevăr, nucleele cu o adâncime contiguă mai mare de 10 centimetri au fost găsite doar în trei situri începând cu anul 2000, iar unele estimări ale dimensiunii rezervelor de resurse pentru depozite / locații specifice s-au bazat în principal pe seismologie.

Eliberarea bruscă a unor cantități mari de gaze naturale din depozitele de clatrat de metan în schimbările climatice fugare ar putea fi o cauză a schimbărilor climatice trecute, viitoare și actuale. Eliberarea acestui metan blocat este un potențial rezultat major al creșterii temperaturii; unii au sugerat că acesta a fost un factor principal în încălzirea planetei la 6 ° C, ceea ce sa întâmplat în timpul dispariției de la sfârșitul Permianului, deoarece metanul este mult mai puternic ca gaz cu efect de seră decât dioxidul de carbon. În ciuda duratei sale de viață atmosferică de aproximativ 12 ani, are un potențial de încălzire globală de 72 de peste 20 de ani, 25 de peste 100 de ani și 33 atunci când se conturează interacțiunile cu aerosoli . Teoria prezice, de asemenea, că acest lucru va afecta foarte mult conținutul de oxigen disponibil și radical hidroxil din atmosferă.

Permafrost submarin

Articol principal: Permafrost

Permafrostul submarin apare sub fundul mării și există pe rafturile continentale ale regiunilor polare. Această sursă de metan este diferită de clatrații de metan, dar contribuie la rezultatul general și la feedback.

Din măsurătorile sonare din ultimii ani, cercetătorii au cuantificat densitatea bulelor care emană din permafrost submarin în ocean (un proces numit ebullition) și au descoperit că 100–630 mg metan pe metru pătrat sunt emise zilnic de-a lungul raftului est-siberian, în coloana de apă. . De asemenea, au descoperit că în timpul furtunilor, când vântul accelerează schimbul de gaze aer-mare, nivelurile de metan din coloana de apă scad dramatic. Observațiile sugerează că eliberarea de metan din permafrostul de pe fundul mării va progresa încet, mai degrabă decât brusc. Cu toate acestea, ciclonii arctici, alimentați de încălzirea globală și acumularea în continuare de gaze cu efect de seră în atmosferă ar putea contribui la eliberarea mai rapidă a metanului din această sursă.

Clatrați de metan metastabil

Un alt tip de excepție este în clatratele asociate oceanului arctic , unde clatratele pot exista în apă mai puțin adâncă stabilizată de temperaturi mai scăzute, mai degrabă decât de presiuni mai mari; acestea pot fi marginal stabile mult mai aproape de suprafața fundului mării, stabilizate de un „capac” înghețat de permafrost care împiedică evadarea metanului.

Așa-numitul fenomen de autoconservare a fost studiat de geologii ruși începând cu sfârșitul anilor 1980. Această stare de clatrat metastabil poate fi o bază pentru evenimentele de eliberare ale excursiilor de metan, cum ar fi în intervalul ultimului maxim glaciar . Un studiu din 2010 s-a încheiat cu posibilitatea declanșării unei încălziri bruște a climei bazată pe clatrați metanici metastabili în regiunea raftului arctic est-siberian (ESAS).

Anoxie oceanică

Articol principal: Eveniment anoxic

În trecut, evenimentele euxinice (adică sulfidice) și anoxice s-au produs fie pe scări relativ scurte de timp (decenii până la secole) din cauza unui eveniment perturbator, cum ar fi un impact meteoric, fie de peste zeci de mii până la câteva milioane de ani, din cauza schimbărilor globale în clima Pământului. Ambele scenarii pot duce la eliberarea pe scară largă de metan și alte gaze cu efect de seră din ocean în atmosferă. Se presupune că o astfel de eliberare ar putea avea loc într-un eveniment rapid, exploziv, datorită interacțiunii complexe a forțelor de flotabilitate și a rezoluției gazelor dizolvate în ocean. Inițial, cantitățile crescute de fum și praf din atmosferă ar provoca o perioadă relativ scurtă de răcire stratosferică, dar aceasta ar fi rapid depășită de efectele încălzirii globale .

Perspectiva actuală

Articolul principal: Schimbările climatice în Arctica

Cele mai multe depozite de clatrat de metan se află în sedimente prea adânci pentru a răspunde rapid, iar modelarea realizată de Archer (2007) sugerează că forțarea metanului ar trebui să rămână o componentă minoră a efectului general de seră . Zăcămintele Clathrate se destabilizează din partea cea mai adâncă a zonei lor de stabilitate , care este de obicei la sute de metri sub fundul mării. O creștere susținută a temperaturii mării își va încălzi calea prin sediment în cele din urmă și va face ca cel mai superficial, cel mai marginal clatrat să înceapă să se descompună; dar de obicei va dura ordinul a o mie de ani sau mai mult pentru ca semnalul de temperatură să treacă. Cu toate acestea, există, de asemenea, posibilitatea formării căilor de migrație a gazelor în zonele de defecțiune din raftul arctic din Siberia de Est, prin procesul de formare a talik-ului sau caracteristicile de tip pingo .

Conform datelor publicate de EPA, concentrațiile atmosferice de metan (CH 4 ) în părți per miliard (ppb) au rămas între 400–800ppb în anii 600.000 î.Hr.– 1900 d.Hr., iar din 1900 d.Hr. au crescut la niveluri între 1600–1800ppb. Metanul atmosferic mediu lunar mediu mediu este în prezent la ~ 1860 ppb CH
4, crește între 8,8 ± 2,6 până în 2017 comparativ cu o creștere medie anuală de 5,7 ± 1,1 ppb între 2007 și 2013.

O metastudie USGS în 2017 a proiectului USGS Gas Hydrates Project a încheiat:

Revizuirea noastră este punctul culminant al aproape un deceniu de cercetări inițiale efectuate de USGS, coautorul meu, profesorul John Kessler de la Universitatea din Rochester și multe alte grupuri din comunitate ", a declarat geofizicianul USGS Carolyn Ruppel, care este autorul principal al lucrării și supraveghează Proiectul USGS Gas Hydrates. "După atâția ani petrecuți în stabilirea locului în care se descompun hidrații de gaz și măsurarea fluxului de metan la interfața mare-aer, sugerăm că lipsesc dovezi concludente pentru eliberarea metanului legat de hidrat în atmosferă.

Oceanul Arctic

Eliberare potențială de metan în raftul arctic siberian de est
Articol principal: Eliberarea de metan arctic

Cercetările efectuate în 2008 în Arctica Siberiană au arătat că milioane de tone de metan sunt eliberate, aparent prin perforații în permafrostul de la fundul mării, cu concentrații în unele regiuni care ating niveluri de până la 100 de ori normale. Excesul de metan a fost detectat în punctele fierbinți localizate din deversorul râului Lena și la granița dintre Marea Laptev și Marea Siberiană de Est . La acea vreme, o parte din topire se credea a fi rezultatul încălzirii geologice, dar se credea că mai multă dezghețare se datorează volumelor mult crescute de apă topită care sunt deversate din râurile siberiene care curg spre nord. Eliberarea actuală de metan fusese estimată anterior la 0,5 megatone pe an. Șahova și colab. (2008) estimează că nu mai puțin de 1.400 de gigatone de carbon sunt în prezent blocate ca metan și hidrați de metan sub permafrostul submarin arctic, iar 5-10% din această zonă este supusă perforării prin talikuri deschise . Ei concluzionează că „eliberarea a până la 50 gigatone de cantitate estimată de stocare a hidratului [este] extrem de posibilă pentru eliberarea bruscă în orice moment”. Acest lucru ar crește conținutul de metan al atmosferei planetei cu un factor de doisprezece, echivalent în efect de seră cu o dublare a nivelului actual de CO
2.

Acest lucru a condus la ipoteza inițială a pistolului Clathrate și, în 2008, sistemul național de laborator al Departamentului Energiei al Statelor Unite și Programul Științei Schimbărilor Climatice ale Studiului Geologic al Statelor Unite au identificat ambele potențiale destabilizări ale clatratului în Arctica drept unul dintre cele patru scenarii cele mai grave pentru brusc. schimbările climatice, care au fost selectate pentru cercetare prioritară. USCCSP a publicat un raport la sfârșitul lunii decembrie 2008 estimând gravitatea acestui risc. O evaluare a literaturii din 2012 identifică hidrații de metan de pe raftul mării arctice de est ca un potențial factor de declanșare.

Hong și colab. 2017 a studiat scurgerea de metan în mările arctice puțin adânci la Marea Barents, aproape de Svalbard. Temperatura la fundul mării a fluctuat sezonier în ultimul secol, între -1,8 și 4,8 ° C, a afectat doar eliberarea de metan la o adâncime de aproximativ 1,6 metri la interfața sediment-apă. Hidrații pot fi stabili pe cei mai mari 60 de metri ai sedimentelor, iar emisiile curente observate provin din adâncimi sub fundul mării. Ei au ajuns la concluzia că fluxul crescut de metan a început cu sute până la mii de ani în urmă, a remarcat despre aceasta, „.. ventilația episodică a rezervoarelor adânci, mai degrabă decât disocierea hidratului de gaz indusă de încălzire”. Rezumând cercetările sale, Hong a declarat:

Rezultatele studiului nostru indică faptul că filtrarea imensă găsită în această zonă este rezultatul stării naturale a sistemului. Înțelegerea modului în care interacționează metanul cu alte procese geologice, chimice și biologice importante din sistemul Pământ este esențială și ar trebui să fie accentul comunității noastre științifice.

Pante continentale

Profil care ilustrează platforma continentală, panta și ascensiunea
Parte a unei serii pe
Ciclul carbonului
Forme de materie organică.webp
Pe regiuni
Dioxid de carbon
Forme de carbon
Căi metabolice
Pompele de carbon
Sechestrarea carbonului
Metan
Biogeochimic
Alte

Un zăcământ de gaz blocat pe versantul continental din largul Canadei în Marea Beaufort , situat într-o zonă de mici dealuri conice de pe fundul oceanului, se află la doar 290 de metri sub nivelul mării și considerat cel mai puțin adânc depozit cunoscut de hidrat de metan. Cu toate acestea, regiunea ESAS are o adâncime medie de 45 de metri și se presupune că sub fundul mării, etanșat de straturi de permafrost sub-mare, se află depozitele de hidrați.

Observarea seismică în 2012 a hidratului de metan destabilizator de-a lungul versantului continental al estului Statelor Unite, în urma intruziunii curenților oceanici mai calzi, sugerează că alunecările de teren subacvatice ar putea elibera metan. Cantitatea estimată de hidrat de metan în această pantă este de 2,5 gigatone (aproximativ 0,2% din cantitatea necesară pentru a provoca PETM ) și nu este clar dacă metanul ar putea ajunge în atmosferă. Cu toate acestea, autorii studiului avertizează: „Este puțin probabil ca marja vestică a Atlanticului de Nord să fie singura zonă care se confruntă cu curenți oceanici în schimbare; estimarea noastră de 2,5 gigatone de hidrat de metan destabilizant poate reprezenta, prin urmare, doar o fracțiune din hidratul de metan care se destabilizează în prezent la nivel global . "

Bill McGuire notează: „S-ar putea să existe o amenințare cu alunecări de teren submarine în jurul marginilor Groenlandei , care sunt mai puțin explorate. Groenlanda este deja înălțătoare, reducând presiunea asupra crustei de dedesubt și, de asemenea, asupra hidraților de metan submarin din sedimentul din jurul marginilor sale, și creșterea activității seismice poate fi evidentă în decenii, pe măsură ce sunt descărcate defecte active sub calota de gheață. Acest lucru ar putea oferi potențialul pentru cutremur sau destabilizarea hidratului de metan al sedimentelor submarine, ducând la formarea alunecărilor submarine și, probabil, a tsunami în nord Atlantic."

Cercetări de Klaus Wallmann și colab. 2018 a concluzionat că disocierea hidratilor la Svalbard în urmă cu 8.000 de ani s-a datorat revenirii fundului mării după retragerea stratului de gheață. Ca rezultat, adâncimea apei a devenit mai mică cu o presiune hidrostatică mai mică, fără încălzire suplimentară. Studiul a constatat, de asemenea, că depozitele de astăzi pe sit devin instabile la o adâncime de ~ 400 de metri, din cauza încălzirii sezoniere a apei de fund și rămâne neclar dacă acest lucru se datorează variabilității naturale sau încălzirii antropice.

Simulează model

Un studiu al efectelor pentru ipoteza inițială, bazat pe un model cuplat al ciclului carbon-climă ( GCM ), a evaluat o creștere de 1000 de ori (de la 1 la 1000 ppmv) a metanului - într-un singur impuls, din hidrații de metan (pe bază de carbon estimarea cantității pentru PETM, cu ~ 2000 GtC), și a concluzionat că va crește temperaturile atmosferice cu mai mult de 6 ° C în decurs de 80 de ani. Mai mult, carbonul stocat în biosfera terestră ar scădea cu mai puțin de 25%, sugerând o situație critică pentru ecosisteme și agricultură, în special la tropice.

In fictiune

  • Romanul științifico-fantastic Mama furtunilor de John Barnes oferă un exemplu fictiv de schimbări climatice catastrofale cauzate de eliberarea de clatrat de metan.
  • În The Life Lottery de Ian Irvine, activitatea seismică fără precedent declanșează eliberarea de hidrat de metan, inversând răcirea globală.
  • Ipoteza este baza unui experiment în PlayStation 2 joc Moartea pe grade .
  • În Transcendent de Stephen Baxter , evitarea unei astfel de crize este un complot major.
  • Romanul Silențiu negru al autorului David Dun prezintă această idee ca un punct științific cheie.
  • În anime-ul Ergo Proxy , un șir de explozii din rezervele de hidrat de metan șterge 85% din speciile de pe Pământ.
  • Romanul The Far Shore of Time de Frederik Pohl prezintă o rasă extraterestră care încearcă să distrugă omenirea prin bombardarea rezervelor de clatrat de metan, eliberând astfel gazul în atmosferă.
  • Romanul Swarm de Frank Schätzing prezintă ceea ce pare a fi evenimente ciudate legate de oceanele lumii.
  • În universul Laundry Files al lui Charles Stross , un scenariu declanșat în mod intenționat al pistolului de clatrat este privit ca o posibilă strategie de represalii care ar putea fi utilizată de Blue Hades ca răspuns la încălcarea finală a Tratatului bentic .

Vezi si

Referințe

Lecturi suplimentare

linkuri externe