Computermodel løser mysteriet om, hvordan gasbobler bygger store metanhydrataflejringer

Washington, DC — Visse typer af metanhydrataflejringer langs de kontinentale marginer - store metanlagre, der holdes i gitterlignende isstrukturer i marine sedimenter - dannes via en proces, der kan styres af samspillet mellem gasbobledynamik, varmeoverførsel og hydratakkumuleringshastigheder . Et hold ledet af forskere ved Rice University viser, at processen, kaldet kapillærdrevet hydratdannelse, kan bygge store bobleformede hydrataflejringer over tidsskalaer på titusinder til hundredtusinder af år.

En ny artikel i tidsskriftet *Nature Geoscience* beskriver, hvordan holdet inkorporerede kapillartryk, en kraft, der virker inden for de smalle kanaler og porer i marine sediment, i en computermodel for at simulere methanhydratvækst og -vandring over tid. Deres resultater kunne forbedre vurderinger af metanhydratressourcer såvel som estimater af mængden af ​​metan, der frigives til Jordens atmosfære og oceaner under forskellige klimaforhold.

"Kapillærdrevet hydratdannelse involverer en positiv feedback-sløjfe mellem væksten af ​​gasbobler i marine sedimenter og dannelsen af ​​methanhydrat omkring dem," sagde hovedforfatter Zhenzhen Sun, en tidligere Rice postdoc-forsker, som nu er på fakultetet ved Sun Yat- sen Universitet i Kina. "Gasbobler kan akkumulere og vokse til centimeter eller større størrelser, når hastigheden af ​​metangasforsyningen er større end hastigheden af ​​metanforbruget ved mikrobiel nedbrydning."

Da gastrykket opbygges inde i disse bobler, forklarede forskerne, overvinder det kapillærkræfterne i sedimentet og skaber veje til bobleudvidelse. Når gas siver ind i disse veje, dannes hydrat på porevægge og mineraloverflader, hvilket skaber hydratrige skaller, der yderligere styrker og vokser hydratstrukturerne.

"Det, der gør det interessant og anderledes, er, at gasboblerne altid er i centrum af hydrataflejringerne, og hydrataflejringerne beskytter boblerne mod havvandet, som ellers ville opløse dem," sagde medforfatter Lucile Brunet, en postdoktoral forskning associeret i Rice's Department of Civil and Environmental Engineering og hovedforfatter af et relateret papir i *Geokemi, Geophysics, Geosystems*.

Medforfatter Andrea Fildani, lektor i civil- og miljøteknik og i Jord-, miljø- og planetvidenskab ved Rice, sagde kapillærdrevet hydratdannelse kunne være en vigtig mekanisme for dannelsen af ​​gashydrataflejringer i marine sedimenter.

"Vores model antyder, at kapillardrevet hydratdannelse kan forklare både lokale store aflejringer, der blev detekteret ved seismiske metoder i dybder af hundreder af meter under havbunden, såvel som de mere udbredte hydrataflejringer, der findes i marine sedimenter lige under havbunden, ” sagde han.

Fildani sagde, at modellen kunne bruges til at vurdere stabiliteten af ​​hydrataflejringer under skiftende klimaforhold. "Da gashydrater kan fungere som bure, der fanger metan i deres krystalstruktur og forhindrer dets frigivelse i atmosfæren, har vores resultater betydning for forståelsen af, hvor meget metan der kan frigives, når klimaet opvarmes," sagde han.

Fildani og Brunet er medlemmer af Rice Center for Energy Studies.