Jutut | Artikkelit

Julkaistu:

Merten metaani - mahtava energianlähde mutta myös iso riski

Merten uumenissa on metaania niin valtavasti, että siitä saatavan energian määrä ylittää tunnetut öljyvarat. Kaasun hyödyntämisessä on kuitenkin vaaransa. Jos se pääsee karkuun, kasvihuoneilmiö voi siirtyä turbovaihteelle.

TEKSTI:Elisabeth Pakarinen

Merten uumenissa on metaania niin valtavasti, että siitä saatavan
energian määrä ylittää tunnetut öljyvarat. Kaasun hyödyntämisessä
on kuitenkin vaaransa. Jos se pääsee karkuun, kasvihuoneilmiö voi
siirtyä turbovaihteelle.

Julkaistu Tiede-lehdessä 8/2003


Metaania pääsee ilmakehään öljykentiltä ja viallisista kaasupolttimista, mutta myös luonto itse tuottaa metaania soiden turvemassojen alla, termiittikeoissa, märehtijöiden pötsissä ja riisipelloilla. Metaania syntyy ennen kaikkea merenpohjassa, missä pohjaan vajoava plankton ja jokien kuljettama eloperäinen aines päätyvät mikrobien ravinnoksi.

Pohjalietteen hapettomissa oloissa tapahtuva mikrobitoiminta tuottaa metaania. Tuotanto on suurimmillaan valtamerten rannikoilla, missä eloperäistä ainetta on runsaasti ja missä kuolleet eliöt hautautuvat nopeasti pohjalietteeseen. Metaania syntyy tällä tavalla myös Baikalissa, Kaspianmeressä, Mustassameressä ja Välimeressä.

Jos pohjalietteen paine on suuri ja lämpötila matala, metaani muodostaa veden kanssa kiinteän rakenteen, jota kutsutaan metaanihydraatiksi. Siinä metaanimolekyyli jää vesimolekyylien muodostaman häkin sisään. Tätä rakennetta kutsutaan myös klatraatiksi, sillä latinan sana clathratus tarkoittaa kaltereiden sisään suljettua. Nolla-asteisessa vedessä metaanihydraattia syntyy jo 400 metrin syvyydessä.

Räjäyttää kraattereita mereen

Lämpötilan kohoaminen tai paineen aleneminen päästää metaanin vapaaksi. Joskus metaanihydraatti hajoaa niin nopeasti, että purkautuva kaasu räjäyttää merenpohjaan kraatterin. Barentsinmeressä on kraatterikenttiä, joista suurin on laajuudeltaan 35 neliökilometriä. Kraatterien läpimitta vaihtelee 30:stä 700 metriin; syvyys on keskimäärin 30 metriä.

Saksan Kielissä sijaitsevan Geomar-tutkimuslaitoksen johtajan, professori Erwin Suessin mukaan kraatterit ovat syntyneet poikkeuksellisen lämpiminä kesinä, kun metaani on äkkiä purkautunut hydraatista. Kraatterit syntyivät todennäköisesti 15 000 vuotta sitten, kun jääkausi alkoi päättyä ja ohenevan jääpeitteen paine merenpohjassa aleni.

Metaania voi purkautua pohjasta myös hissukseen. Esimerkiksi Yhdysvaltain länsirannikolla, Oregonin edustalla Juan de Fucan mannerlaatta puskee Pohjois-Amerikan mannerlaatan alle. Tämän seurauksena metaanihydraattia nousee tasaiseen tahtiin kohti pintaliejua, kunnes noin 800 metrin syvyydessä, kahdeksan asteen lämpötilassa metaanihydraatti hajoaa ja metaani vapautuu kaasuna.

Hiilen keskittymät

 

Maailman metaanihydraateissa arvioidaan olevan tuplasti niin paljon hiiltä kuin fossiilisissa polttoai-neissa.

Vertailusta on jätetty pois kallioperään ja sediment-teihin sinne tänne hajautunut hiili, jota arvioidaan olevan tuhat kertaa niin paljon kuin näitä muita yhteensä.

Kaasuhydraatit (pääosin metaanihydraattia) 53 %

Fossiiliset polttoaineet (hiili, öljy ja maakaasu) 27 %

Maa (eliöt ja eloperäiset maannokset) 15 %

Meri (eliöt ja eloperäiset yhdisteet) 5 %

Ilmakehä 0,02 %

Yksi lämpökatastrofi jo koettu

  yhtyvät metaanimolekyyleihin ja muuttavat ne vedeksi ja hiilidioksidiksi. Hydroksyyli-ioneja syntyy ultraviolettisäteilyn rikkomista vesimolekyyleistä sen verran, että niiden määrä pysyttelee gramman kymmenesmiljardisosassa kuutiometriä kohti. Hydroksyylipitoisuus on niin pieni, että metaanimolekyyli säilyy ilmassa nykyisellään keskimäärin kymmenen vuotta. Suuren metaanimäärän välittömään käsittelyyn hydroksyylit eivät riitä, joten valtaisat metaanipurkaukset voivat nostaa ilmakehän metaanipitoisuuden vuosikymmeniksi.

Geologit ja paleontologit ovat löytäneet todisteita siitä, että 55 miljoonaa vuotta sitten sattunut suuri metaanipäästö lämmitti ilmastoa äkisti muutamalla asteella, jolloin useat merieläimet kuolivat sukupuuttoon. "Äkisti" tarkoittaa tässä 20 000:ta vuotta, joka on geologisissa mitoissa ja elämän kehityksessä lyhyt aika.

Katastrofi alkoi, kun Intian mannerlaatta törmäsi Aasian mannerlaattaan. Törmäys aiheutti myös merenalaisia maanjäristyksiä. Järistysten seurauksena suuret metaanihydraattimassat hajosivat ja metaani kaasuuntui. Metaani jäi ilmakehään pitkäksi ajaksi ja sai aikaan voimakkaan kasvihuoneilmiön. Tuon ajan fossiilien isotooppimittaukset viittaavat siihen, että tilanne palautui entiselleen 200 000 vuodessa.

Havaitut kaasuhydraattiesiintymät

 

Kaasuhydraattia, josta valtaosa on me-taanihydraattia, on löydetty

• meristä mannerten ja saarten reunuk-sista yli 300 metriä syvien alueiden poh-jasta, sedimentin pinnasta noin 1 100 metrin syvyyteen asti

• syvien järvien pohjasta

• arktisesta maaperästä ikiroudan alta, 150-2 000 metrin syvyydestä.

Nopeimmin reagoivat arktiset meret

Ilmeisesti jo 1800-luvulla alkanut ilmakehän lämpeneminen nostanee merien lämpötilaa, mikä puolestaan sulattaa metaanihydraattia kiihtyvää vauhtia. Seurauksena voi olla ketjureaktio, jota on vaikea pysäyttää.

Voimakkaimmin ja nopeimmin ilmastonmuutokseen reagoivat arktisten merien metaanihydraattikentät, jotka ovat vain muutaman sadan metrin syvyydessä. Professori Suessin mukaan Barentsinmeren pohjasta vapautuu lämpiminä kesinä metaania paljon, mutta toistaiseksi metaanihydraattikentät ovat vakaat.

Niin, toistaiseksi. Barentsinmeren metaanin äkillinen purkautuminen on jo ennustettu Risto Isomäen vuonna 2000 julkaistussa scifi-kirjassa Herääminen. Kirjan tapahtumat on sijoitettu 2030-luvulle.

- Kodin kaasuhellan liekki on hapen kanssa reagoivaa metaania. Metaani on hyvä renki, mutta huono isäntä, muistuttaa Bremenin Max Planck -instituutin professori Antje Boetius.

- Kasvihuoneilmiön uhkaan on suhtauduttava vakavasti niin kauan kuin ei kyetä ennustamaan, miten metaanihydraatti käyttäytyy merten lämpötilan noustessa, ja niin kauan kuin ketjureaktion mahdollisuus on olemassa. Aivan samoin kuin nyt puhutaan hiilinieluista ja hiilen tuottajista, tulevaisuudessa puhutaan yhä enemmän myös metaaninieluista ja metaanin tuottajista, Boetius toteaa.

Mittausvälineitä kehitetään

Kukaan ei osaa tarkkaan sanoa, mitä metaanihydraatille ilmaston lämmetessä tapahtuu. Professori Boetiuksen tutkimusryhmä, joka työskentelee sekä Bremerhavenin Alfred Wegener-instituutissa että Bremenin Max Planck -instituutissa, kehittää laitteita merten metaanipurkausten mittaamiseen.

- Purkauksia voidaan paikallisesti mitata samoilla kaikuluotaimilla, joilla kalastajat etsivät kalaparvia, Boetius sanoo.

- Kalaparvien löytyminen perustuu kalojen uimarakosta heijastuvaan ääniaaltoon, ja samaa periaatetta voidaan käyttää myös kaasukuplien etsimiseen ja mittaamiseen. Menetelmä on kuitenkin liian työläs laajojen alueiden kartoittamiseen, Boetius kertoo.

Kilpailu energiasta alkanut

Metaanihydraatti kolahti tietoisuuteen ensimmäisen kerran 1930-luvulla, kun maakaasu- ja öljyputkiin muodostunut hydraattihyhmä tukki putket. Tundran ikiroudasta metaanihydraattia löydettiin 1960-luvulla ja merenpohjasta 1970-luvulla.

Metaanihydraattikenttien järjestelmällinen kartoitus on vasta alkanut, mutta kenttien arvellaan sisältävän energiaa kaksi kertaa enemmän kuin tunnetut kivihiili-, öljy- ja maakaasukentät yhteensä. Esimerkiksi Yhdysvaltain kaakkoisrannikolta on löydetty 26 000 neliökilometrin kenttä, jonka sisältämä energia riittäisi tyydyttämään amerikkalaisten energiannälän sadaksi vuodeksi.

Metaanihydraatti on hyvä energianlähde, ja kilpajuoksu siitä on jo alkanut. Metaanihydraatin hyödyntäminen on kuitenkin kallista ja teknisesti vaikeaa. Japanilaiset kehittävät yhteistyössä intialaisten ja yhdysvaltalaisten kanssa merenalaisten kenttien käytössä vaadittavaa tekniikkaa. Ikiroudan alla olevia metaanihydraattivaroja hyödynnetään jo jonkin verran Kanadassa ja Siperiassa.

Metaanihydraatti on maa-aineksen seassa muutaman millin tai sentin kokoisina kokkareina, mutta joskus tätäkin pienempinä hitusina. Metaani saadaan irti lämmittämällä esiintymää esimerkiksi höyryllä tai kuumalla vedellä. Hydraattia ei siis tarvitse nostaa satojen metrien syvyydestä ylös: riittää, kun ylös kupliva kaasu kerätään talteen.

Riskit selvitettävä tarkoin

Metaanitutkimuksistaan palkittu professori Erwin Suess varoittaa merenalaisten kenttien valjastamisesta. Metaanihydraattia on erityisen runsaasti mannerjalustojen ja meren syvänteiden välisillä mannerrinteillä, missä se toimii betonin tavoin kiinnittäen sedimenttihiukkasia toisiinsa ja lujittaen tällä tavalla merenpohjan rakennetta. Kun hydraattia aletaan hajottaa metaanin vapauttamiseksi, merenpohja löystyy, ja seurauksena voi olla merenalainen maanvyöry.

Pieniä maanvyöryjä tapahtuu jatkuvasti mannerrinteillä. Suurin tunnettu, todennäköisesti metaanin äkillisestä kaasuuntumisesta aiheutunut maanvyöry tapahtui Atlantin pohjassa Norjan ja Islannin välissä noin 7 000 vuotta sitten. Liikkeelle lähti 5 600 kuutiokilometriä merenpohjaa, mikä synnytti sarjan tuhoisia tsunamiaaltoja. Ehkä juuri ne murensivat muinaisen maayhteyden, joka noihin aikoihin hävisi Englannin ja mannermaan välistä.

Elisabeth Pakarinen on filosofian tohtori ja vapaa tiedetoimittaja.

Kommentoi kirjoitusta

Kommentit

Keskusteluun osallistuminen vaatii kirjautumista.
tilaa tiede tarjous
Me Naiset