Gázbombává válik Szibéria örökké fagyott talaja

This picture handout on July 26, 2014 by the Press service of the governor of the Yamalo-Nenets region shows a crater located in the permafrost around 30 kilometres (18 miles) from a huge gas field north of the regional capital of Salekhard, roughly 2,000 kilometres northeast of Moscow on June 16, 2014. The giant hole in the remote energy-rich Yamalo-Nenetsky region first came to light in a video uploaded to YouTube that has since been viewed more than seven million times. AFP PHOTO/HO/PRESS SERVICE OF THE GOVERNOR OF THE YAMALO-NENETS REGION == TO GO WITH AFP STORY BY ANNA MALPAS == RESTRICTED TO EDITORIAL USE - MANDATORY CREDIT "AFP PHOTO/PRESS SERVICE OF THE GOVERNOR OF THE YAMALO-NENETS REGION - NO MARKETING NO ADVERTISING CAMPAIGNS - DISTRIBUTED AS A SERVICE TO CLIENTS ==

A furcsa kráterek megjelenése csak a kezdete az olvadó talaj okozta kellemetlen meglepetéseknek. A folyamat az egész Földre kihat, ha felgyorsítja a klímaváltozást. Mennyi üvegházhatású gáz szabadulhat fel Alaszkában, Kanada északi részén és Szibériában?

Hatalmas, ismeretlen területek várnak felfedezőikre az északi féltekén. Nem, nem a 17-18. századról, hanem a 21. századról beszélünk. A klímakutatók, geológusok, geokémikusok számára nagyon sok meglepetést rejt az örökké fagyott talaj, az úgynevezett permafroszt, amely féltekénk szárazföldjeinek szinte egynegyed részét borítja (lásd a térképet lentebb). Úgy tűnik ugyanis, hogy a permafroszt kiolvadóban van a globális felmelegedés miatt, és ez az olvadás hozza létre azokat a rejtélyes krátereket is, amelyekről korábban az Origón is beszámoltunk.

A Jamal-félszigeti kráter Forrás: AFP/-

Metán ütötte kráter

Az első lyukat a Jamal-félszigeten fedezték fel rénszarvasvadászok július közepén, majd egy újabbat Taz, egy másikat pedig a Tajmír-félszigeten. A környék messze északon fekszik: a legközelebbi jelentősebb város, Nojabrszk 700 km-re van délre, a Szibéria fővárosaként emlegetett Novoszibirszk 1600 km-re.

Eleinte nagyobb méretű fagypúpok, az úgynevezett pingók összeomlásának tulajdonították a lyukak megjelenését. Az Alaszkai Egyetem egyik orosz geofizikusa, Vlagyimir Romanovszkij, majd az USA Nemzeti Hó- és Jégadatközpont biogeokémikusa, Kevin Schaefer azonban mással magyarázza a jelenséget: szerintük a felszín alatti üregekben felgyűlő metán áll mögötte. Elméletük szerint egy metánhidrát-réteg vagy -lencse elolvadásáról lehet szó. A „gyúlékony jég”-ként ismert anyag víz és különféle gázok fagyott keveréke, amelyben a vízmolekulák rácsszerű elrendeződésben ejtik csapdába a metánmolekulákat. A permafroszt felengedésével a metánhidrát is elolvadt, a gáz kiszabadult, és a túlnyomás szó szerint kivetette maga fölül a talajrétegeket.

Hol járunk?

Permafrosztnak számít az olyan talaj, amely legalább két éven át fagyott állapotban van. Feltétel, hogy a levegő éves átlaghőmérséklete 0 és -5 Celsius-fok között legyen, ilyenkor foltokban alakul ki fagyott talaj, illetve a legutóbbi eljegesedés következményeként Alaszka és Szibéria egyes vidékein mélyebb és tartósabb permafroszt jellemző. A folytonos örökfagyott talaj kialakulásához az szükséges, hogy a térség éves átlaghőmérséklete -5 fok alatt legyen.

A sötétlila szín jelzi, hol folytonos az örökfagyott talaj Forrás: University of Alaska

Eddig nem tapasztalt folyamatok

Az Északi-sarkvidéken a bolygó átlagához képest kétszer gyorsabban nő az éves átlaghőmérséklet, vagyis a globális felmelegedés ott jobban érezteti a hatását. Ennek főként az az oka, hogy a visszahúzódó, csökkenő hótakaró kevesebb napsugárzást ver vissza. „Egyszer csak a permafroszt olyan állapotba kerül, amely már nem összehasonlítható azzal, mint amilyennek az utóbbi nagyjából száz évben megismertük ezt a vidéket. Eddig még sosem tapasztalt folyamatok indulnak be” – jellemezte a helyzetet Guido Grosse, a németországi Alfred Wegener Sark- és Tengerkutató Intézet geológusa a Scientific American kérdésére.

Ezt az elméletet támasztja alá Andrej Plehanov, a szalehardi (város az Ob folyó mentén) Arktiszkutató Tudományos Központ munkatársának vizsgálata, amelyről a Nature híroldala számolt be. Plehanov a Jamal-félszigeti lyuknál mért szokatlanul magas metánkoncentrációt. A kráter aljzatának közelében 9,6 százalékos volt a gáz koncentrációja, míg normál esetben mindössze 0,000179%-os a koncentráció.

Permafroszt a csukcs autonóm régió területén Forrás: RIA Novosti/Boris Kaufman

Nincs rá példa

Az USA geológiai szolgálatának geofizikusa, Carolyn Ruppel viszont arra emlékeztetett, hogy metánhidrát legalább száz méteres mélységben alakul ki. A szibériai kráter pontos mélységét egyelőre nem ismerjük. Plehanov és munkatársai egy ötvenméteres kötélen engedtek le egy videokamerát, de a kábel nem volt elég hosszú. A felvétel szerint a kráterben 70 méteres mélységig gyűlt fel a víz, tehát elképzelhető, hogy a lyuk bőven száz méter mély.

Abban minden, a kráterekről nyilatkozó geológus egyetért, hogy nincs a szakirodalomban olyan leírás, amely minden kétséget kizáróan megmagyarázná a jelenségek előfordulását. Azt is valószínűnek tartják, hogy ilyen kráterek sűrűbben fordulnak elő a jövőben, ahogy az északi tájak fokozatosan felmelegednek.

Kockázatos, ha hasonló metánkitörés egy földgázlelőhely közelében történik. Plehanov arra hívta fel a figyelmet, hogy a bovanenkovszkojei gázmező csak harminc kilométerre esik a jamal-félszigeti krátertől. Az orosz kutatócsoport ezért azt javasolja, hogy fúrjanak le több ponton a permafrosztba, hogy a gáz túlnyomását csökkentsék. Elméletben ez jól hangzik, a megelőzéshez viszont előbb pontosan tudni kellene, hol olvad a metánhidrát a mélyben, tehát hol érdemes fúrni.

Dülöngélő erdők, megrepedező utak

A titokzatos lyukakhoz képest gyakrabban előforduló jelenség az úgynevezett részeg erdő. Ahogy a permafroszt olvad, a korábban betonszilárdságú talaj mocsárrá változik (a sarkvidéki tájakon néhol a talaj 80 százaléka jég). Mivel a jég térfogata a vízénél nagyobb, a talaj megsüllyed. Emiatt a korábban szálegyenesen növő fák szabályosan megdőlnek.

Hosszabb távon szintén károkat okoz, hogy az északon kiépített modern infrastruktúra – utak, épületalapozások, távvezetékek – megsérül a bizonytalanná váló talajon. Több tucat hektáron okozhatnak gondokat a lassan mozgó földcsuszamlások, sárlavinák. Egy ilyen, az 1970-es évektől Szibériában megfigyelt csuszamlás évi egy kilométeres sebességgel halad, a korábban fagyott talaj hetvenméteres mélységig mozog.

Vizsgálják a Jamal-félszigeti lyukat Forrás: AFP/-

Mennyire olvad a permafroszt?

Az Alfred Wegener Intézet adatai szerint húszméteres mélységben az utóbbi húsz év melegedése miatt 2 Celsius-fokkal nőtt a hőmérséklet, követve a talaj közeli légrétegek átlaghőmérsékletének változását. A levegő hőmérsékletéről legutóbb az USA Nemzeti Óceán- és Légkörkutató Intézete, az NOAA közölt adatokat. Az NOAA idén májusban közreadott éghajlati elemzése szerint Szibéria középső részén kiugróan nagy volt a melegedés, az április 5 fokkal volt melegebb, mint az 1981-2010 között abban a hónapban mért átlaghőmérséklet.

Az Oxfordi Egyetem Földtani Tanszékének egy 2013-ban közölt vizsgálata szerint az olvadás tíz-harminc éven belül megkezdődhet Szibériában. A kutatók hat barlang függőcseppköveit vizsgálták egy észak-déli tengely mentén Kelet-Szibériától a Góbi-sivatagig. A cseppkövek csak melegebb időszakokban növekednek. A barlangi ásványlerakódásokból arra következtettek, hogy a múltban a mainál alig nagyobb átlaghőmérséklet-növekedés miatt már elkezdett felengedni a szibériai permafroszt.

Hatalmas mennyiségű üvegházgáz

A krátereken, a veszélyesebbé váló gázmezőkön, a részeg erdőkön és a földcsuszamláson túl van egy még nagyobb, az egész bolygóra kiható kockázata az örökké fagyott talaj olvadásának. A több száz/ezer éves permafroszt rétegekben összesen 1650 milliárd tonnányi szén van eltemetve Claire Treat és Steve Frolking, a New Hampshire-i Egyetem (USA) Föld- és Óceánkutató Intézetének munkatársai szerint.

A legnagyobb kérdés az, hogy mi történik akkor, amikor a fagy már nem védi a lebomlástól a széntartalmú rétegeket, továbbá az, hogy mennyi szén és mennyi metán szabadul fel, és az is, hogy a két üvegházhatású gáz mennyisége hogyan aránylik egymáshoz. A válasz azért fontos, mert hatalmas mennyiségű üvegházgázról van szó: például 2010-ben emberi tevékenységek miatt 49 milliárd tonna szén került a légkörbe, az ipari forradalom kezdete óta pedig összesen 1190-1410 milliárd, a Föld teljes növényzete pedig körülbelül 123 milliárd tonnát képes megkötni egy év alatt.

Szivárog a metán egy tavacskából Forrás: NOAA Okeanos Explorer Program

Dániai kísérlet

A fenti kérdések a permafroszt kutatásának legvitatottabb témái, egyelőre minden kétséget kizáró válaszok nincsenek. Bo Elberling, a Koppenhágai Egyetem Permafroszt Központjának munkatársa kutatócsoportjával Grönland északkeleti részén vizsgálta az örökké fagyott talajt (eredményeiket a Nature Climate Change szakfolyóirat közölte). Megállapították, hogy 1996 és 2008 között a talaj aktív (felengedő) rétege évente 1-2 centiméterrel mélyült. Ezenkívül laboratóriumban eltérő körülmények között vizsgáltak két talajmintát tizenkét éven át: az egyiket a száraz pusztáknak megfelelő, a másikat a nedves réteknek megfelelő körülmények között tartották.

A laboratóriumban tartott minták szénmennyiségének 17-78 százaléka a levegőbe került, a folyamat annál gyengébb volt, minél nedvesebb volt a talaj. A grönlandi vizsgálati helyszínen viszont nem mértek hasonlóan nagy szénkibocsátást. Az ellentmondásnak az az oka Elberling csoportjának elemzése szerint, hogy a mintákat tizenkét éven át stabilan 5 fokos hőmérsékleten tartották, míg a grönlandi helyszínen csak évente két hónapon át enged fel 0 fok fölé a talaj. A dán kutatócsoport úgy számol, hogy a laboratóriumi körülmények száz évnek felelnének meg a természetben.

Nedves vagy száraz?

A kísérlet rávilágított egy fontos körülményre. Amikor a mintát nagyon nedvesen tartották, akkor a szénkészletnek kevesebb mint 2 százaléka szabadult fel szén-dioxid formájában. Amikor viszont szárazságot alakítottak ki a laborban, akkor a szénkészlet évi 10-20 százaléka távozott a levegőbe. Nem tudni, hogy a permafroszt változó ökoszisztémája szárazabbá vagy nedvesebbé válik. Előbbi esetben gyors üvegházgáz-kibocsátásra számíthatunk (ezt nevezik a kutatók szénbombának). Mindez nem csak geofizikai és -kémiai, hanem hidrológiai kérdés is, szerepet játszik benne a növénytársulások változása, és az is, hogy mennyi napsugárzást nyel el és mennyit ver vissza ez a vidék a jövőben.

Szintén nehéz választ adni arra, hogy a permafrosztból kiszabaduló üvegházgázból mennyi lehet a szén-dioxid és mennyi a metán. A nagyobb szén-dioxid-koncentráció és a melegedés kedvez a növények növekedésének, a vastagabb, fejlettebb növénytakaró viszont több CO₂-t is köt meg. Emiatt elképzelhető, hogy egy idő után a permafrosztból több metán szabadul fel, mint CO₂.

Ez azért nem mindegy, mert százéves távlatban a metán üvegházhatása húsz-huszonnégyszerese a szén-dioxidénak. Ám a metán átlagosan 8,4 év alatt eltűnik a levegőből, mert a légkör magasabb rétegeit, a sztratoszférát és a mezoszférát elérve reakcióba lép a hidroxilgyökökkel és az oxigénnel. Ellenben a szén-dioxid körülbelül 50 százaléka nagyjából harminc évig, de 30 százaléka több évszázadon, 20 százaléka pedig évezredeken át a légkörben marad, megtartva a földfelszínről visszasugárzó hőt.