Hipoteza pistoletu metanowego

W swojej oryginalnej postaci hipoteza zakładała że pistolet metanowy może powodować nagły wzrost temperatury w okresie krótszym niż życie ludzkie, oraz że był odpowiedzialny za wystąpienie ciepłych okresów podczas i po okresie maksimum ostatniego zlodowacenia. Obecnie uważa się to za mało prawdopodobne.

Hydraty metanu to związki, które składają się z wody w stanie stałym i gazowego metanu, niejako uwięzionego w klatkach pośród tej krystalicznej struktury. Tworzą one formy przypominające lód. Spotkać je można głównie na dnie oceanów (najczęściej wzdłuż krawędzi kontynentów), ponieważ ich powstawaniu sprzyja niska temperatura i wysokie ciśnienie.

Ilość węgla zdeponowanego w złożach klatratów metanu szacuje się na około 500–2000 Gt. Dla porównania w innych złożach gazu zdeponowane jest 230 Gt węgla, a w atmosferze ziemskiej znajduje się go obecnie około 800 Gt.

Metan jest gazem dość powszechnym, a ten zawarty w hydratach powstał głównie w wyniku działalności mikroorganizmów. Można to sobie tak wyobrazić, że kiedy zasobne w materię organiczną dno morskie po pewnym czasie zostaje przysypane przez kolejne warstwy osadów, to mikroorganizmy zaczynają rozkładać materię organiczną. Produktem ich działalności jest m.in. metan, a panujące tam odpowiednie warunki ciśnienia i temperatury pozwalają zamknąć ten gaz w obrębie powstających w osadach hydratów. To nawet nie są pojedyncze bryły, ale wielkie pokłady mające grubość setek metrów i ciągnące się dziesiątkami kilometrów.

Podstawowe informacje

Hipoteza pistoletu metanowego została oparta na założeniu, że uwolnienie metanu ze złóż klatratów metanu może być potencjalną przyczyną gwałtownego globalnego ocieplenia. Istnieją dowody na to że sprzężenie zwrotne z udziałem złóż klatratu metanu mogło spowodować w przeszłości drastyczne zmiany w środowisku oceanicznym (takie jak zakwaszenie i stratyfikacja wód oceanicznych), oraz w atmosferze ziemskiej. Okresami, które wiąże się z wystąpieniem zjawiska pistoletu metanowego są paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne (56 milionów lat temu), oraz wymieranie permskie (podczas którego wyginęło do 96% gatunków morskich, 252 miliony lat temu).

dodatkowe informacje:
Wymieranie permskie

Mechanizm działania

Złoża klatratu metanu zlokalizowane są wzdłuż brzegów kontynentów na umiarkowanych głębokościach (od 250 m do kilku tysięcy metrów pod poziomem wody), gdzie są stabilizowane przez ciśnienie wody, oraz temperaturę. Mogą one ulec destabilizacji w wyniku wzrostu temperatury wody lub geologicznego zaburzenia złoża.

O istocie wpływu metanu na efekt cieplarniany decyduje fakt, że metan jest znacznie intensywniej działającym gazem cieplarnianym niż dwutlenek węgla. Pomimo swojego okresu trwania w atmosferze liczącego około 12 lat metan ma potencjał tworzenia efektu cieplarnianego równy 28 w okresie 100 lat (w stosunku do dwutlenku węgla). Oznacza to, że w okresie 100 lat wpływ metanu na temperaturę atmosfery będzie 28 razy większy niż dwutlenku węgla o tej samej masie. W wyniku wzrostu temperatury atmosfery ziemskiej może dojść do powstania dodatniego sprzężenia zwrotnego pomiędzy zawartością metanu i produktów jego utleniania w atmosferze, a emisją metanu ze złóż klatratów metanu ulegającym postępującej destabilizacji pod wpływem wzrostu temperatury. Zjawisko to wzmocniłoby istniejący już efekt globalnego ocieplenia.

Przypadki uwolnienia metanu z klatratów

Nagłe uwolnienie dużych ilości gazu ziemnego ze złóż klatratu metanu podczas niekontrolowanej zmiany klimatu mogą być przyczyną przeszłych, obecnych i przyszłych zmian klimatu. Niekontrolowana emisja zdeponowanego metanu jest jednym z najpoważniejszych możliwych rezultatów wzrostu temperatury.

Klatrat metanu znajdujący się w zmarzlinie równikowej mógł odgrywać ważną rolę w procesie gwałtownego ogrzania Ziemi śnieżki 630 milionów lat temu. Niektórzy naukowcy uważają, że było ono główną przyczyną globalnego wzrostu temperatur o 6°C.

Masowe uwolnienie metanu prawdopodobnie miało miejsce także podczas paleoceńsko-eoceńskiego maksimum termicznego 55,5 milionów lat temu. Pomiary izotopów węgla w rdzeniach osadów oceanicznych z tego okresu wskazują, że w przeciągu kilku tysięcy lat uwolnione zostało 1500–2000 Gt węgla pochodzącego z metanu. W wyniku tak dużego wzrostu udziału gazów cieplarnianych w atmosferze ziemskiej nastąpiło gwałtowne globalne ocieplenie (w zależności od regionu średnie temperatury wzrosły od 1°C do 8°C).

Uważa się także, że duże wahania temperatury jakie miały miejsce podczas ostatniego zlodowacenia, mogły być spowodowane przypadkami gwałtownego uwolnienia metanu z jego hydratów. Ciepły okres jaki miał miejsce pod koniec ostatniego zlodowacenia, pokrywa się z czasem powstania dużych uskoków w obrębie stoków kontynentalnych, którym towarzyszył wzrost objętości metanu w atmosferze o 200 ppb. W rejonie delty Amazonki na głębokościach na których klatraty są najbardziej podatne na destabilizację (200–600 m pod poziomem wody), miały miejsce dwa duże osuwiska o wielkości porównywalnej do rozmiaru Jamajki.

Innym dowodem potwierdzającym teorię jest fakt, że wszystkie gatunki otwornic żyjące w tamtym regionie odnotowały w tamtym okresie wyraźny (22%) skok zawartości izotopu 13C potwierdzający teorię o dużym współczesnym uwolnieniu metanu z klatratów, które zawierają zmniejszone ilości izotopu 13C. Istnieją także dowody na współzależność pomiędzy występowaniem podwodnych osuwisk, oraz uskoków a zwiększoną zawartością metanu w atmosferze w okresie preborealnym. Także zawartość izotopów węgla wskazująca na wzrost atmosferycznego metanu o 30% podczas deglacjacji mogła być spowodowana destabilizacją klatratów metanu.

Ziemia śnieżka
to hipoteza głosząca, że Ziemia pod koniec prekambru została całkowicie lub prawie całkowicie pokryta lądolodem w wyniku ówczesnego zlodowacenia. Różne modele zakładają różny zasięg pokrywy lodowej, ale wszystkie zgadzają się, że było to zjawisko o charakterze globalnym. Istnieje też wersja tej hipotezy zakładająca kilkakrotne zlodowacenie całej planety.

dodatkowe informacje:
Ziemia śnieżka

Paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne
to wydarzenie na granicy epoki paleocenu i eocenu (ok. 55,8 mln lat temu), które odznaczyło się najbardziej znaczącym i gwałtownym zaburzeniem klimatu w erze kenozoicznej. Wzrost temperatury był spowodowany emisją dwutlenku węgla w wyniku aktywności wulkanicznej, co spowodowało wzrost temperatury oceanów i emisje metanu z hydratów znajdujących się na dnie oceanów. Dalszy wzrost temperatury powodował długotrwałe pożary. Topnienie wiecznej zmarzliny uwolniło szczątki organiczne dla mikroorganizmów, co było dodatkowym źródłem metanu.
Wydarzenie utożsamiane jest ze zmianami w atmosferycznej i oceanicznej cyrkulacji, masowym wymieraniem głębokowodnego bentosu i punktem zwrotnym w życiu ssaków lądowych, ze względu na pojawienie się wielu istniejących do dziś rzędów ssaków.

dodatkowe informacje:
Paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne

Podmorska zmarzlina

Podmorska zmarzlina występuje pod dnem morskim w rejonach polarnych szelfów kontynentalnych. Jako źródło metanu podmorska zmarzlina różni się od klatratu metanu, ale ma ona istotny wpływ na efekt końcowy zjawiska, oraz zachodzące sprzężenia zwrotne.

Badania przeprowadzone w 2008 roku w syberyjskiej Arktyce wykazały, że prawdopodobnie w wyniku perforacji podwodnej zmarzliny aktualnie uwalniane są miliony ton metanu. Miejsca zwiększonej emisji metanu zlokalizowano u ujścia rzeki Leny, oraz pomiędzy Morzem Łaptiewów i Morzem Wschodniosyberyjskim. Za zjawisko może odpowiadać aktywność geotermiczna w rejonie uskoków tektonicznych, oraz rozpuszczanie podwodnej zmarzliny w deltach syberyjskich rzek niosących wody roztopowe. Roczna emisja metanu została oszacowana na 5×105 t.

Shakhova i współpracownicy (2008) szacują, że pod arktyczną podmorską zmarzliną jest obecnie zdeponowane w postaci metanu i hydratów metanu nie mniej niż 14×1011 t (1400 Gt) węgla, na co składają się:

• złoża klatratów metanu zlokalizowane pod lub w podmorskiej zmarzlinie, szacowane na nie mniej niż 540 Gt
• złoża gazu zlokalizowane pod złożami klatratów, szacowane na około 360 Gt
• około 500 Gt węgla, który może być zdeponowany w obrębie nie cieńszej niż 25 m zmarzliny tego typu

Biorąc pod uwagę fakt, że 5–10% tego regionu jest narażone na powstawanie perforacji w zmarzlinie w wyniku tworzenia się otwartych talików, oraz to że obszary geologicznych nieciągłości stanowią nie mniej niż 1–2% jego powierzchni, to zdaniem naukowców gwałtowne uwolnienie do 50 gigaton przewidzianego depozytu hydratu jest wysoce prawdopodobne w każdym momencie. Zwiększyłoby to dwunastokrotnie stężenie metanu w ziemskiej atmosferze.

Stoki kontynentalne

Gaz uwięziony w złożach na stoku kontynentalnym w Morzu Beauforta, zlokalizowany w rejonie występowania małych, stożkowatych wzgórz na dnie morskim, znajduje się jedynie 290 metrów poniżej poziomu morza i jest uważany za najpłycej położone znane złoże hydratu metanu na świecie.

Sejsmiczna obserwacja destabilizacji klatratów metanu wzdłuż stoku kontynentalnego wschodnich stanów USA następującej po pojawieniu się cieplejszych prądów oceanicznych sugeruje, że mogło nastąpić uwolnienie metanu w wyniku podwodnych osuwisk. Szacunkowa ilość hydratu metanu w zboczu wynosi 2,5 Gt (około 0,2% ilości potrzebnej do wywołania paleoceńsko-eoceńskiego maksimum termicznego) i nie jest obecnie jasne, czy uwolniony metan zdołał dotrzeć do atmosfery. Autorzy badania ostrzegają, że jest to mało prawdopodobne, aby północnoatlantycka krawędź była jedynym regionem doświadczającym wpływu zmieniających się prądów morskich, zatem szacunki 2,5 Gt hydratu metanu ulegającego destabilizacji mogą reprezentować jedynie ułamek globalnej ilości hydratu metanu ulegającego obecnie destabilizacji.

Opinie na temat hipotezy

Część środowiska naukowego uważa, że powszechna destabilizacja klatratu metanu zdeponowanego w podmorskiej zmarzlinie może spowodować uwolnienie dużych ilości metanu. Nawet gdyby jedynie część uwolnionego metanu osiągnęła powierzchnię wody, to potencjał tworzenia efektu cieplarnianego metanu, oraz trwałość jego cieplarnianego produktu utlenienia CO2 nasila obawy, że proces pistoletu metanowego może powoli prowadzić do punktu krytycznego współczesnego okresu klimatycznego Ziemi.

Większość złóż klatratu metanu znajduje się zbyt głęboko w skałach osadowych, aby możliwe było zajście szybkiej reakcji. Według modelu zaproponowanego przez D. Archera (2007) wymuszanie metanowe odgrywa obecnie drugorzędną rolę w kreowaniu efektu cieplarnianego. Złoża klatratu metanu ulegają destabilizacji w najgłębiej położonych częściach ich strefy stabilności, które znajdują się zwykle setki metrów poniżej dna morskiego. Długotrwały wzrost temperatury oceanów wywołałby ogrzanie osadów i spowodowałby destabilizację najpłycej położonych złóż klatratu metanu, jednak aby wywołać destabilizację dennych klatratów, proces ogrzewania musiałby trwać prawdopodobnie około tysiąca lat albo dłużej. Istnieje jednak również możliwość formowania się ścieżek migracji gazu w strefach uskoków Morza Wschodniosyberyjskiego, w wyniku tworzenia talików lub formacji pingo-podobnych.

Talik
to warstwa gruntu, położona między warstwą wiecznej zmarzliny a gruntem świeżo zamarzającym, typowa dla strefy okołobiegunowej. Woda pozostająca w taliku przedostaje się przez spękania lodu i czasem tworzy naledź. Taliki są ważne dla miejscowej ludności, ze względu na możliwość pozyskiwania z nich wody.

Pingo,
to pagórkowata forma ukształtowania powierzchni ziemi, charakterystyczna dla terenów wiecznej (wieloletniej) marzłoci. Jest to stożkowaty pagór lodowy o wys. do 80 m i średnicy do 400 m. Tworzy go soczewka lodu gruntowego, powstającego w wyniku zamarzania wody przenikającej ku górze z głębiej położonych warstw gruntu (lód iniekcyjny), pokryta grubą warstwą zamarzniętych osadów. Osady te sezonowo mogą rozmarzać, ale tylko w przypowierzchniowej części.

Według Environmental Protection Agency zawartość metanu w atmosferze w okresie od 600 tys. lat temu do roku 1900 utrzymywała się na poziomie 400–800 ppb i od roku 1900 zaczęła rosnąć, aby osiągnąć poziom około 1600–1800 ppb. W roku 2008 U.S. Department of Energy’s Office of Biological and Environmental Research w ramach programu badawczego IMPACTS, oraz United States Geological Survey’s w ramach programu Climate Change Science, zidentyfikowały potencjalną destabilizację klatratu metanu w rejonie Arktyki jako jeden z czterech najpoważniejszych scenariuszy nagłej zmiany klimatu, które zostały wyróżnione jako priorytetowe programy badawcze. USCCSP opublikował w grudniu 2008 roku raport szacujący rozmiar ryzyka. Ocena literatury naukowej z 2012 roku wskazuje na hydrat metanu zdeponowany na szelfie wschodnio-arktycznych mórz jako potencjalny czynnik rozpoczynający proces sprzężenia zwrotnego.

źródło: materiały prasowe
Hipoteza pistoletu metanowego, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Pingo, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Talik, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Ziemia śnieżka, autorzy, licencja CC BY SA 4.0

Zmiany klimatu – dodatkowe informacje:
carbon offset, dekarbonizacja, denializm klimatyczny (zaprzeczanie globalnemu ociepleniu), depresja klimatyczna (ekolęk, lęk klimatyczny), fakty i mity klimatyczne, handel emisjami CO2, hipoteza pistoletu metanowego, naturalna zmienność klimatu, neutralność klimatyczna, neutralność węglowa, odnawialne źródła energii, rekompensata węglowa, sekwestracja CO2, ślad ekologiczny, ślad węglowy, ślad wodny, węglowy rezerwuar, zielona transformacja energetyczna, zielony rozwój, zrównoważony rozwój

efekt cieplarniany, gazy cieplarniane, globalne ocieplenie
dwutlenek węgla, freony (chlorofluorowęglowodory CFC), metan, ozon, podtlenek azotu

międzynarodowe organizacje, petycje, protokoły, umowy:
Europejski System Handlu Emisjami (EU ETS), Europejski Zielony Ład, funduszu Loss and Damage, Green Climate Fund, Konferencje Stron COP (Conferences of the Parties), Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC), Petycja Oregońska, Porozumienie Paryskie, Protokół z Kioto, Ramowa konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (United Nations Framework Convention on Climate Change – UNFCCC, FCCC)

zagrożenia ekologiczne związane z zmianami klimatu:
blaknięcie (bielenie) raf koralowych, El Niño, ekstremalne zjawiska, gatunki zagrożone wyginięciem, geoinżynieria klimatu, gwałtowne zmiany pogody, huragany, kwaśny deszcz, La Niña, miejska wyspa ciepła, migracje gatunków, migracja ludności, ocieplenie oceanu, odtlenienie oceanu, osuwiska i tsunami, otwarcie nowych szlaków handlowych, paliwa kopalne, podtopienia, powodzie, punkty krytyczne w ziemskim systemie klimatycznym, pustynnienie, redukcja morskiej pokrywy lodowej (zmniejszenie zasięgu i frekwencji lodu morskiego), sprzężenia zwrotne w ziemskim systemie klimatycznym, straty ekonomiczne, susza, topnienie lodowców i lądolodów, topnienie lodu morskiego, topnienie wiecznej zmarzliny, ubożenie (utrata) różnorodności biologicznej, wydłużony okres wegetacyjny roślin, wylesianie (deforestacja), wymieranie gatunków, wzrost poziomu mórz i oceanów, wzrost śmiertelności, zakwaszenie wód (rzek, jezior, mórz i oceanów), zmniejszony dopływ słodkiej wody, zanieczyszczenie powietrza, zanieczyszczenie środowiska, zmiana (modyfikacja) cyrkulacji atmosferycznej, zmiana cyrkulacji termohalinowej (zaburzenie cyrkulacji oceanicznej), zwiększenie produkcji rolnej, zwiększenie powierzchni tundry w Arktyce, zwiększony zasięg występowania wektorów przenoszących zakaźne drobnoustroje (rozprzestrzenianie się chorób)

Wiedza ekologiczna – dodatkowe informacje:
aforyzmy ekologiczne, biblioteka ekologa, biblioteka młodego ekologa, ekoprognoza, encyklopedia ekologiczna, hasła ekologiczne, hasztagi (hashtagi) ekologiczne, kalendarium wydarzeń ekologicznych, kalendarz ekologiczny, klęski i katastrofy ekologiczne, największe katastrofy ekologiczne na świecie, międzynarodowe organizacje ekologiczne, podcasty ekologiczne, poradniki ekologiczne, (nie) tęgie głowy czy też (nie) najtęższe umysły, znaki i oznaczenia ekologiczne

Dziękuję, że przeczytałaś/eś powyższe informacje do końca. Jeśli cenisz sobie zamieszczane przez portal treści zapraszam do wsparcia serwisu poprzez Patronite.

Możesz również wypić ze mną wirtualną kawę! Dorzucasz się w ten sposób do kosztów prowadzenia portalu, a co ważniejsze, dajesz mi sygnał do dalszego działania. Nad każdym artykułem pracuję zwykle do późna, więc dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła ;-)

Zapisz się na Newsletter i otrzymuj email z ekowiadomościami. Dodatkowo dostaniesz dostęp do specjalnego działu na stronie portalu, gdzie pojawiają się darmowe materiały do pobrania i wykorzystania. Poradniki i przewodniki, praktyczne zestawienia, podsumowania, wzory, karty prac, checklisty i ściągi. Wszystko czego potrzebujesz do skutecznej i zielonej rewolucji w twoim życiu. Zapisz się do Newslettera i zacznij zmieniać świat na lepsze.

Chcesz podzielić się ciekawym newsem lub zaproponować temat? Skontaktuj się pisząc maila na adres: informacje@wlaczoszczedzanie.pl

Więcej ciekawych informacji znajdziesz na stronie głównej portalu Włącz oszczędzanie