Havvand forhindrer frigivelse af gammel metan

Havsedimenter er et massivt lagerhus for den potente drivhusgas metan.

Fanget i havsedimenter nær kontinenter ligger ældgamle reservoirer af metan kaldet metanhydrater. Disse islignende vand- og metanstrukturer indkapsler så meget metan, at mange forskere ser dem som både en potentiel energiressource og en agent for miljøændringer. Som reaktion på opvarmning af havvand, hydrater kan nedbrydes, frigivelse af metangassen. Forskere har advaret om, at frigivelse af selv en del af det gigantiske reservoir kan forværre de igangværende klimaændringer markant.

Imidlertid, metan virker kun som en drivhusgas, hvis og når den når atmosfæren - et scenarie, der kun ville opstå, hvis den frigjorte metan rejste fra udledningspunktet ved havbunden til overfladevandet og atmosfæren.

Med det i tankerne, miljøforsker Katy Sparrow '17 (PhD) satte sig for at undersøge oprindelsen af ​​metan i det arktiske hav.

"Mens en logisk mistænkt for arktisk methanemission er at nedbryde hydrater, der er flere andre potentielle metankilder. Vores mål var at fingeraftrykke kilden til metan i det arktiske hav for at afgøre, om gammel metan var ved at blive befriet fra havbunden, og om den overlever til at blive udsendt til atmosfæren, " siger Sparrow, hvem har udført undersøgelsen, udgivet i Videnskabens fremskridt , som en del af hendes doktorgradsforskning ved University of Rochester.

Spurv; hendes rådgiver, John Kessler, en lektor i jord- og miljøvidenskab; og et team af videnskabsmænd fra Universities of Rochester, Californien Irvine, Minnesota Duluth, og Colorado Boulder, samt US Geological Survey og National Oceanic and Atmospheric Administration, udførte feltarbejde lige ud for Alaskas nordlige skråning, nær Prudhoe Bay. Sparrow kalder stedet "ground zero" for oceaniske metan-emissioner som følge af havets opvarmning. I nogle dele af det arktiske hav, de lavvandede områder nær kontinenter kan være en af ​​de omgivelser, hvor metanhydrater nedbrydes nu på grund af opvarmningsprocesser gennem de sidste 15, 000 år. Ud over metanhydrater, kulstofrig permafrost, der er titusinder af år gammel - og findes i hele Arktis på land og i havbundens sedimenter - kan producere metan, når dette materiale tøer op som reaktion på opvarmning. Med kombinationen af ​​den aggressive opvarmning i Arktis og de lave vanddybder, enhver frigivet metan har en kort rejse fra emission ved havbunden til frigivelse i atmosfæren.

Forskerne brugte radiocarbon-datering til at fingeraftrykke oprindelsen af ​​metan fra deres prøver. Ved at anvende en teknik, de udviklede, der involverer opsamling af metan fra omkring ti tusinde liter havvand pr. prøve, de gjorde en overraskende opdagelse:gammeldags metan bliver faktisk frigivet i havet; men meget lidt overlever for at blive udsendt til atmosfæren, selv på overraskende lave dybder.

"Vi observerer gammel metan, der udsendes fra havbunden til det overliggende havvand, bekræfter tidligere mistanker, " siger Kessler. "Men, vi fandt ud af, at dette ældgamle metansignal stort set forsvinder og erstattes af en anden metankilde, jo tættere du kommer på overfladevandet." Metanen ved overfladen er i stedet fra nyligt produceret organisk materiale eller fra atmosfæren.

Selvom forskerne ikke undersøgte i denne undersøgelse, hvad der forhindrer metan, der frigives fra havbunden, i at nå atmosfæren, de har mistanke om, at det er biologisk nedbrudt af mikroorganismer i havet, før det rammer overfladevandet. Mihai Leonte, en ph.d.-kandidat i Kesslers forskningsgruppe, observerede denne proces - hvor mikrober aggressivt bionedbryder metan, efterhånden som metan-emissionerne stiger - i et papir offentliggjort sidste år.

"Vi fandt ud af, at meget lidt gammel metan når overfladevand selv i de relativt lave dybder på 100 fod. Eksponentielt mindre metan ville være i stand til at nå atmosfæren i farvande, der er tusindvis af fod dybt helt i kanten af ​​det lavvandede hav nær kontinenter, som er det område af havet, hvor hovedparten af ​​metanhydrater er, " siger Sparrow. "Vores data tyder på, at selvom stigende mængder metan frigives fra nedbrydende hydrater, efterhånden som klimaændringerne skrider frem, katastrofal emission til atmosfæren er ikke et iboende resultat."

Sparrow og Kesslers resultater om rollen som gamle metankilder stemmer overens med resultaterne af deres Rochester-kollega Vasilii Petrenko, en lektor i jord- og miljøvidenskab, som også radiocarbondateret metan. Imidlertid, mens Sparrow og Kessler daterede metan fundet i moderne havvand, Petrenko radiocarbon dateret metan fra den gamle atmosfære, der var bevaret i isen på arktiske gletsjere.

"Petrenko og hans medforfattere studerede en hurtig opvarmningsbegivenhed fra fortiden, der fungerer som en moderne analog, " siger Sparrow. "De fandt ud af, at emissionerne af metan fra gamle metankilder under denne opvarmningsbegivenhed var minimale i forhold til nutidige kilder som vådområder."

Kessler tilføjer, "Vores resultater stemmer overens med denne konklusion, viser, at ældgammel metanudledning til atmosfæren i et område, der oplever noget af den største opvarmning i dag, er faktisk ret lille, især sammenlignet med mere direkte emissioner fra menneskelige aktiviteter."