Niezwykłe odkrycie pod lodowcami. Uwięziony metan wycieka do rzek

Topniejący lód otwiera wodzie drogę do skał pod lodowcami. Ta wypłukuje z nich geologiczny metan i wynosi go prosto do arktycznych rzek.

Pod lodowcami Svalbardu znajduje się coś więcej, niż tylko skała i woda. W starych formacjach geologicznych tkwi metan powstały miliony lat temu, a topniejący lód pomaga go teraz wypłukiwać na powierzchnię. Naukowcy przebadali 19 rzek wypływających spod różnych lodowców w środkowej części archipelagu. Każda z nich zawierała więcej metanu, niż wynikałoby z równowagi z atmosferą. W najbardziej ekstremalnym przypadku stężenie było aż 425 razy wyższe.

Metan był w każdej z 19 rzek

Badanie jest największym jak dotąd takim przeglądem na Svalbardzie. Naukowcy pobrali 148 próbek wody z rzek odprowadzających wodę z 19 lodowców o bardzo różnej wielkości, budowie geologicznej i warunkach panujących pod lodem.

Wynik był zaskakująco konsekwentny. Woda wypływająca ze wszystkich badanych lodowców była przesycona metanem względem atmosfery. Przy samych czołach lodowców stężenia wynosiły od 9 do 1700 nanomoli na litr, podczas gdy już około 4 nanomoli na litr w wodzie o temperaturze bliskiej 0 st. C wystarcza, aby gaz zaczął uwalniać się do powietrza.

Najwyższe zmierzone wartości odpowiadały około 425-krotnemu przesyceniu. Nie przebadano oczywiście każdego z lodowców Svalbardu. Chodzi o wszystkie 19 objętych badaniem systemów, rozmieszczonych tak, aby uwzględnić różne warunki występujące w centralnej części archipelagu. Badacze chcieli sprawdzić, czy metan występuje tylko lokalnie, czy jest powszechnym elementem wód odpływających spod lodowców. To i tak bardzo mocny sygnał, iż wcześniejsze obserwacje z pojedynczego lodowca nie były wyjątkiem.

Nie powstał tam wczoraj

W wielu wcześniejszych badaniach lodowców zakładano, iż metan pod lodem może powstawać dzięki mikroorganizmom rozkładającym materię organiczną bez dostępu tlenu. Na Svalbardzie wyglądało to inaczej. Naukowcy przeanalizowali skład izotopowy węgla w metanie oraz obecność innych gazów, przede wszystkim etanu i propanu. Zestaw tych sygnałów wskazuje, iż większość wykrytego metanu ma pochodzenie termogeniczne.

Powstał głęboko w skałach, gdy dawna materia organiczna przez geologicznie długi czas była poddawana wysokiemu ciśnieniu i temperaturze. Taki mechanizm tworzy również gaz ziemny eksploatowany ze złóż.

Svalbard ma pod lodem formacje bogate w łupki zawierające węgiel organiczny. Część z nich pochodzi ze środkowego triasu, późnej jury i wczesnej kredy. To skały mające dziesiątki, a miejscami ponad 100 mln lat. Metan mógł być przechowywany w takich strukturach przez miliony lat, zanim dostał możliwość wydostania się ku powierzchni.

Lodowiec działał trochę jak korek

Sam lód może pomagać w zatrzymywaniu gazu. Gruby lodowiec wraz z zamarzniętym podłożem tworzy coś w rodzaju kriogenicznej pokrywy. o ile podstawa lodowca jest przymarznięta do skały, przepływ wody jest ograniczony, a gaz ma kilka dróg ucieczki. Sytuacja zmienia się tam, gdzie lód przy podłożu osiąga temperaturę topnienia.

Wtedy pojawia się aktywny system wodny. Woda z powierzchni lodowca wpada przez szczeliny i otwory, dociera aż do dna, płynie przez spękania skał i osadów, a następnie wraca na powierzchnię jako rzeka lodowcowa. Po drodze może zbierać metan.

Można to porównać do bardzo powolnego płukania pękniętej skały. Woda nie produkuje gazu. Po prostu trafia do miejsc, w których znajdował się już wcześniej, rozpuszcza jego część i transportuje ją na zewnątrz. To dobrze uzupełnia wcześniejsze badania pokazujące, iż ocieplająca się Arktyka traci swoją zdolność do szczelnego zatrzymywania gazów w podłożu. Tam problem dotyczył przepuszczalności zmarzliny. Tutaj podobna zmiana zachodzi w całym układzie lodowiec-woda-skała.

Samo topnienie nie wystarczy. Pod lodem muszą być odpowiednie skały

Badacze sprawdzili również, dlaczego niektóre rzeki niosły znacznie więcej metanu niż inne. Najważniejsza okazała się kombinacja dwóch czynników. Pierwszym była geologia. Najwyższe stężenia pojawiały się przy lodowcach leżących nad formacjami zawierającymi łupki bogate w materię organiczną, czyli skały zdolne być źródłem gazu. Drugim był stan termiczny dna lodowca.

Naukowcy wykorzystali radar penetrujący lód, żeby sprawdzić, które fragmenty lodowców są przymarznięte do podłoża, a gdzie ich podstawa jest wystarczająco ciepła, aby pozostawać aktywna hydrologicznie. Najwięcej metanu pojawiało się wtedy, gdy te dwa warunki występowały jednocześnie: pod lodem znajdowały się odpowiednie skały i jednocześnie działał system wody zdolny je przepłukiwać.

Sam ciepły spód lodowca jednak nie wystarczał. Niektóre lodowce spoczywające na skałach metamorficznych miały aktywny system wodny, ale ich rzeki zawierały stosunkowo mało metanu. To podłoże dostarcza gaz. Lód i woda decydują, czy uda się go wyciągnąć.

Woda wynosi metan prosto do atmosfery

Kiedy bogata w metan woda wypływa spod lodowca, ciśnienie spada i rzeka zaczyna kontaktować się z atmosferą. Gaz stopniowo opuszcza wodę.

Część może zostać zużyta przez mikroorganizmy utleniające metan, ale pomiary z wcześniejszych prac na Svalbardzie pokazały, iż znaczna ilość jest uwalniana do atmosfery jeszcze podczas przepływu rzeki przez teren przed lodowcem. Autorzy wykonali również pierwsze przybliżenie skali całego zjawiska. Dla poszczególnych lodowców oszacowany transport wynosił od około 1 kg do ponad 5 ton metanu rocznie. Po przeskalowaniu wyników na lądowe lodowce Svalbardu badacze otrzymali około 182-368 ton metanu rocznie transportowanego przez rzeki lodowcowe.

To nie jest oczywiście ilość, która nagle odmieni w jakikolwiek sposób globalny bilans gazów cieplarnianych. Dla porównania, emisje powodowane przez działalność człowieka są o wiele rzędów wielkości większe. Autorzy sami podkreślają, iż wynik należy traktować jako naturalne źródło, które dotąd było słabo opisane, a nie jako konkurenta dla przemysłu paliwowego czy rolnictwa.

Jeszcze więcej gazu może wychodzić obok lodowców

Co ciekawe, same rzeki lodowcowe mogą choćby nie być najważniejszą drogą ucieczki metanu na Svalbardzie. Wcześniejsze badania odkryły bardzo bogate w metan źródła wód gruntowych pojawiające się na terenach odsłoniętych po cofnięciu lodowców. Dla całego archipelagu ich potencjalne emisje oszacowano choćby na 2310 ton metanu rocznie. To prawie rząd wielkości więcej niż obecny szacunek dla rzek wypływających bezpośrednio spod lodowców.

Różnica pokazuje, iż topnienie lodu może uruchamiać kilka procesów jednocześnie. Najpierw woda płynąca pod lodem wypłukuje gaz. Później cofnięcie lodowca odsłania grunt i otwiera nowe drogi dla wód podziemnych.

Svalbard już dziś zmienia się na tyle szybko, iż polscy badacze pracujący na Spitsbergenie zderzają się z warunkami zupełnie innymi niż jeszcze kilkadziesiąt lat temu. Nowe badanie pokazuje, iż skutki tych zmian nie ograniczają się do samego ubytku lodu.

*Źródło grafiki wprowadzającej: AI / tussik13, Getty Images, Canva Pro