EGO: Czy metanowa bomba jest gotowa do odpalenia? (1)

Twierdzenie: Wielka ilość metanu (CH4) jest uwięziona w wiecznej zmarzlinie i złożach klatratów metanowych w Arktyce i ich uwolnienie się, czy choćby częściowe, może być wyzwalaczem gwałtownego i nagłego, szokowego wzrostu efektu globalnego ocieplenia - EGO w tempie 5°C w ciągu 5 lat.

Rzeczywistość: Poziomy metanu ostatnio się zwiększyły dzięki tropikalnym lub kopalnym źródłom paliw. Metan wydobywa się z wiecznej zmarzliny i pokładów hydratu metanowego jako powolny ale ciągły ulot, którego przyczyną jest wzrastające ocieplenie i jest ono gorsze, niż nagłe, katastrofalne uwolnienie.

W ostatnich latach, pojawiło się wiele powtarzających się twierdzeń (np. 1-8) że wielka ilość metanu uwięziona w arktycznej zmarzlinie  i depozytach metanowych będzie natychmiastowo uwolniona do atmosfery, kiedy tylko EGO przekroczy próg temperatury krytycznej , co będzie wyzwalaczem nagłego i katastroficznego podgrzania.

W tym artykule z climatetippingpoint.info dowiemy się, ile metanu jest zamknięte w Arktyce, ile może się uwolnić, i co się stanie później.

1% rządzi

Istnieje ogólne stwierdzenie, że jak z potencjalnego zasobu metanu zostanie wydzielony do atmosfery tylko 1%, to jest on w stanie skokowo podnieść temperaturę Ziemio o 0,5 - 1°C/1 rok.

Popatrzmy na liczby. Najlepsze bieżące szacunki twierdzą, że w Arktyce znajduje się uwięzionych 1,6 Tt (Tt = 10^12 ton) organicznego węgla ulokowanego w arktycznej wiecznej zmarzlinie. 1% z tego wynosi 15 GtC (Gt = 10^9 ton), i gdyby to był węgiel w postaci dwutlenku węgla (CO2), to osiągnąłby jedynie mierny efekt cieplarniany (uwolnienie 55 GtCO2 wiedzie do tego, że stężenie tego gazu wzrasta do ~7 ppm, co z kolei może podnieść temperaturę atmosfery o ~0,03°C na ponad kilka dziesięcioleci). Jednakże, metan jest o wiele bardziej potencjalnym gazem cieplarnianym niż CO2, ale zanika on zamieniając się w CO2 (utlenia się w atmosferze tworząc dwutlenek węgla i wodę, zgodnie z reakcją: CH4 + 2O2 => CO2 + 2 H2O) w T1/2 ≈ 10 lat. Reasumując – to oznacza, że metan produkuje ok. 84-86 razy więcej ciepła, niż taka sama masa CO2 w skali 20 lat, ale spada do 28-34 razy bardziej grzejącego w 100-letniej skali. W oparciu o to, jeżeli całe 15 GtC uwolni się z arktycznej wiecznej zmarzliny jako czysty metan – czyli 20 GtCH4, mogłoby to doprowadzić do ocieplenia o ok. 1,1°C w krótkim terminie i ok. 0,4°C na dłuższą metę. Wydaje się to potwierdzać tezę, że uwolnienie tylko 1% metanu ze zmarzliny spowodowałoby nagłe ocieplenie o ~1°C. Ale oto kluczowe pytanie: czy czysty metan o wartości 20 GtC może ulatniać się w jednym nagłym zdarzeniu? Tutaj rzeczywistość jest mniej dramatyczna.

Wieczna zmarzlina topnieje...

Zasadniczą kwestią jest to, że nie cały węgiel ze zmarzliny będzie uwolniony jako metan. Kiedy mówimy o węglu organicznym uwięzionym w zmarzlinie, co jak się uważa stanowią resztki tundrowych roślin, co w cieplejszym klimacie może gwałtownie się uwolnić, i większość z jego węgla powróci do atmosfery. Ale w klimacie polarnym te pozostałości są permanentnie zamrożone w głębokich warstwach gleby, co zatrzymuje proces uwalniania. To z kolei stopniowo wiedzie do kumulacji ilości węgla tworząc globalne zbiorniki organicznego węgla. Aliści z powodu EGO, te bogate w organiczny węgiel warstwy zmrożonej gleby będą tajać uwalniając materiał organiczny, co spowoduje wypuszczenie gazów do atmosfery.  

Różne rodzaje materii organicznej rozpadają się z różną szybkością, a tylko niektóre ulegają szybkiemu rozkładowi - w jednym eksperymencie 50-75% materii organicznej w wiecznej zmarzlinie uległo rozpadowi, gdy pozostało niezamrożone przez 12 lat. Większość bakterii i grzybów napędzających ten rozkład uwalnia CO2 jako produkt uboczny oddychania, ale w podmokłych glebach mogą dominować bakterie beztlenowe, które uwalniają metan. Ale ile metanu wydostaje się do powietrza, zależy także od gleby i roślinności powyżej, z których część ulega rozkładowi i przekształca się w CO2 po drodze. Ogólnie rzecz biorąc, proporcja węgla uwalnianego w metanie została oszacowana na około 2% przyszłych emisji - nigdzie w pobliżu czystego metanu, ale na tyle, aby zwiększyć ocieplenie efektu permafrostu uwalnianiem węgla o ~40% w następnym stuleciu. Część CO2 zostanie pochłonięta przez wzrost roślinności spowodowany ociepleniem w tych regionach, częściowo przeciwdziałając uwalnianiu CO2 z rozmrażania wiecznej zmarzliny.

Więc jakiej ilości uwolnionego węgla z wiecznej zmarzliny możemy oczekiwać w przyszłości? Modele przyszłej zmiany wiecznej zmarzliny są niedoskonałe, ale ulegają poprawie, a projekt, który około 92 GtC może być stopniowo uwalniany do 2100 r. W scenariuszu wysokiej emisji dla biznesu i do 200 GtC ok. 2300 r. Pierwszy z nich oznaczałby wzrost CO2 o około +43 ppm w atmosferze lub około 0,3°C ocieplenia (w tym wzrost z metanu). Inne badanie sugerowało, że około 10% wiecznej zmarzliny może zostać uwolnione do 2100 r. Pod naszą obecną krzywą ocieplenia, która wynosi około 130-160 GtC (tj. ok. +0,5°C). W przeciwieństwie do tego, w scenariuszu niskoemisyjnym mieszczącym się w ramach poziomu paryskiego 2°C, przewidywane uwolnienie jest bliższe 45 GtC (ok. +0,15°C) do 2100 r. Te wartości ocieplenia są podobne lub nieco wyższe niż w scenariuszu ostatniego raportu IPCC zakres od 0,13 do 0,27°C do 2100 roku. Jednak ostatnie badania dotyczące zapadania się wiecznej zmarzliny, jak się rozmraża, sugerują, że niższe wartości ocieplenia mogą w rzeczywistości zostać podwojone, ponieważ opadanie może szybciej uwalniać CO2 i metan.

Reasumując badania te mają tendencję do zbliżania się do rozmrażania wiecznej zmarzliny, co skutkuje dodatkowym ociepleniem do 0,5-0,6°C do 2100 r. w scenariuszach wysokiego poziomu emisji z działalności gospodarczej i około 0,15-0,3°C do 2100 r. w scenariuszach niskiej emisji. To dodatkowe ocieplenie stanowi niepożądane sprzężenie zwrotne od klimatu i sprawia, że utrzymywanie poniżej paryskich poziomów 1,5°C lub 2°C jest o wiele trudniejsze, ale nagłe uwolnienie metanu z wiecznej zmarzliny wywołujące ocieplenie o 0,5-1,0°C w ciągu zaledwie kilku lat nie jest wspierane przez obecne badania.

 Arktyczna wieczna zmarzlina i jej topnienie.

Na mapce pokazano obszary szybkiego topnienia wiecznej zmarzliny (kolory czerwonawe) i obszary stopniowego topnienia wiecznej zmarzliny (kolory niebieskawe)

Poza tym wyróżniono cztery następujące obszary:

1. Obszar Północnego Stoku na Alasce, gdzie występują osuwiska i erozja górska;

2. Akwen cieśniny Dimitrija Łaptiewa na  NE Syberii, gdzie wieczna zmarzlina gwałtownie się zapadła wskutek szybkiego tajania lodów;

3. Obszar przyległy do Zatoki Hudsona, Kanada. Roztapiające się torfowiska mogą dać wiele węgla;

4. Tavvaouma w pn. Szwecji - tające jeziora mogą być wielkimi źródłami metanu.

Lokalizacja Wschodniosyberyjskiego Szelfu Arktycznego - "bomby ESAS"

Krótkie życie szelfu

Innym wielkim zagadnieniem jest regiopn Oceanu Arktycznego znany jako Wschodniosyberyjski Szelf Arktyczny (ESAS) wydzielający metan z zalegajacych na dnie depozytów hydratów metanowych (ściśniętej mieszaniny lodu wodnego i metanu uwięzionego w osadach). Mówi się, że ESAS jest w stanie wyemitować 50 GtCH4 do atmosfery wywołując gwałtowne i katastrofalne ocieplenie o 5°C w czasie 5 lat (tzw. scenariusz „bomby ESAS”). Ale ten problem nie jest rozpatrywany.

Ten scenariusz z bombą ESAS rozpoczął się od trzech dokumentów. W pierwszym z nich odkryto wiele metanu rozpuszczonego w wodzie ESAS, który obliczono jako zaskakująco wysoki poziom uwalniania około 8 Teragramów (Tg - odpowiednik Megatony, 1000 razy mniej niż Gigatona) metanu (CH4) na rok, a w nowszym artykule zaktualizowano do 17 TgCH4/rok. Postawiono hipotezę, że jest to wynik wiecznej zmarzliny pod rozmrażaniem dna morskiego i uwolnienia metanu z hydratów uwięzionych pod nim. Na tej podstawie przyjęto, że pod podwodną wieczną zmarzliną może znajdować się do 1,4 Tt metanu - ogromna wartość tylko dla jednego regionalnego morza w porównaniu z globalnym szacunkiem hydratu metanu do 2000 GtC (w tym ~ 200 GtC w Arktyka) i 1600 GtC przechowywane w całej arktycznej zmarzlinie. Wreszcie trzeci dokument spekulował, że 50 Gt tego metanu jest gotowe do natychmiastowego uwolnienia i może się zdarzyć w ciągu zaledwie 1-5 lat. Spowodowałoby to ekstremalne i gwałtowne ocieplenie, w jednym artykule oszacowano, że będzie to szkoda ekonomiczna na 60 mln dolarów, a inny komentator opisał to jako coś jeszcze gorszego od czegokolwiek od czasu masowego-wymierania z przełomu Permu/Triasu 250 milionów lat temu.

Jednakże inni badacze Arktyki i pokładów klatratów metanowych są bardziej sceptyczni w stosunku do tych dokumentów i wskazują na kilka znaczących kwestii. 

Po pierwsze, chociaż dowody na wysoki poziom metanu były jasne, nie było jednoznacznego dowodu na to, że jest to całkowicie nowy wyciek. Ponieważ metody wykrywania stały się bardziej czułe i szeroko stosowane, odkryto więcej nieznanych wcześniej źródeł metanu. Niektóre z nich - na przykład słynne bąbelki metanu ze Svalbardu - po dalszych badaniach okazały się przebiegać naturalnie przez tysiące lat, głównie nie docierają do atmosfery, a nawet mogą przyciągać CO2. Modelowanie sugeruje również, że nawet w płytkiej morskiej zmarzlinie ma opóźnienie setek lat za globalnym ociepleniem, zanim nastąpi znacząca destabilizacja. I chociaż 8-17 TgCH4/rok brzmi bardzo dużo, w skali globalnej nie jest ogromne w porównaniu ze średnią globalną emisją ok. 558 TgCH4/rok - fakt ten odnotowano w pierwszym dokumencie z „bombą ESAS” („… obecny szacunek to nie niepokojąco zmieniając współczesny globalny budżet CH4”). Późniejsze dogłębne modelowanie i analiza statystyczna danych ESAS sugerują również, że emisje zimowe zostały przeszacowane, co doprowadziło do obniżenia emisji do skromniejszego 0-4,5 TgCH4/rok ze źródła biogenicznego wiecznej zmarzliny.

Po drugie, jest jeszcze mniej dowodów na istnienie tak dużego zbiornika hydratu metanu bezpośrednio pod podwodną zmarzliną. Twierdzenie zawarte w drugim dokumencie z „bombą ESAS” opiera się nie na własnych obserwacjach, jak czasem się podaje, ale na dwóch starych i trudnych do znalezienia źródłach oraz na znacznych założeniach i pośrednich ekstrapolacjach. Chociaż złoża hydratów zostały znalezione na dużych obszarach Arktyki (około 200 GtC), żadne z badań potwierdzonych na poparcie „bomby ESAS” nie dowodzi w rzeczywistości istnienia złóż specjalnie pod ESAS tak dużych jak 900 Gt (mniej niż 1400 Gt ponieważ 500 Gt głównej liczby to ogólny węgiel organiczny, a nie metan). Biorąc pod uwagę, że hydraty metanu tworzą się tylko pod wysokim ciśnieniem (chyba że występuje w rzadkim stanie metastabilnym, dla którego nadal brakuje wyraźnych dowodów w ESAS), jest również prawdopodobne, że większość z nich leży poniżej dna morskiego i zajmie trochę czasu na ocieplenie dotrzeć i po to, aby gaz następnie podniósł się. Warto również zauważyć, że najnowsze prace z tej samej grupy badawczej nie przewidują już specjalnie zbiornika 1400 GtCH4 gotowego do szybkiego uwolnienia 50 Gt metanu.

Po trzecie, dowody na szybkie uwolnienie w czasie 1-5 lat są również ograniczone. Początkowy scenariusz w trzecim dokumencie dotyczącym „bomby ESAS” opierał się na ekstrapolacji wskaźnika wzrostu emisji o 5% w ciągu 50 lat, co doprowadziło do ostatecznej emisji w wysokości 50 Tg/rok. Jednak literówka w oryginalnym dokumencie określała to jako 50 Gt, co zostało wyjaśnione. Artykuł dodaje scenariusz uwolnienia na 1-5 lat oparty na założeniu, że ok. 3-5% dna morskiego jest podatne na niestabilność, a więc podobny procent zakładanego masywnego zbiornika metanu (określony jako 50 GtCH4) byłby natychmiast uwolniony, jeśli ten obszar się zapadł. Ale, jak już wyjaśniliśmy, dowody na tak duży zbiornik wolnego metanu są chwiejne i nie ma uzasadnienia dla 3-5% dna morskiego ESAS jednocześnie zapadającego się. Zwolennicy scenariusza na 1–5 lat przytaczają różne dokumenty, w których stwierdza się, że uwalnianie metanu jest tak szybkie, ale publikacje te wspierają jedynie wydania przez kilka dziesięcioleci, a nie tylko przez kilka lat. Mimo to ocieplenie wzorowane na szybkim 5-letnim uwalnianiu było tylko dodatkowym 1,3°C, a nie często 5°C, jak często się podaje. Opierając się na naszych wcześniejszych kalkulacjach, nawet gdyby 50 Gt czystego metanu zostało wyemitowanych jednocześnie, doprowadziłoby to do 2,6°C krótkoterminowego ocieplenia, a nie 5°C (dane zaktualizowane - patrz komentarze do szczegółów obliczeń).

Wreszcie, nie ma dowodów na to, że dramatyczne uwolnienie metanu nastąpiło z arktycznych hydratów metanu podczas poprzednich epizodów ocieplenia się Arktyki i gwałtownego ocieplenia, zwłaszcza podczas ciepłego interglacjału eemskiego, deglacjacji lub holoceńskiego optimum klimatycznego. Niektórzy sugerują, że dzieje się tak, ponieważ pęcherzyki lodu w rdzeniach tworzą się zbyt wolno, aby uchwycić szybkie uwalnianie metanu. Ale te procesy (znane jako dyfuzja i wygładzanie) tylko tracą część rocznego sygnału i mogą zostać odzyskane matematycznie, a duża część gwałtownych skoków i tak zostanie przechwycona. Wynikające z tego ocieplenie o 5°C w ciągu kilku lat z pewnością będzie jasne - ale wyraźnie brakuje - w wielu innych rodzajach zapisów paleoklimatycznych. Twierdzenie, że Eemian miał zbyt różną sezonowość orbitalną, aby było istotne, ignoruje fakt, że Arktyka była jeszcze o 2-4°C cieplejsza niż obecnie, a lasy docierały do Oceanu Arktycznego zaś hipopotamy żyły w Tamizie. Podczas gdy rekordy topnienia wiecznej zmarzliny w Eemii pokazują, że znaczna część topnieje, gdy ciepło osiąga 1,5°C powyżej poziomu sprzed epoki przemysłowej, w rezultacie temperatury nie wzrosły znacznie. Oznacza to, że nie jest to gwałtowny punkt krytyczny dla szybkiego ocieplenia. Rozmrażanie miało miejsce również na lądzie, który reaguje znacznie szybciej na ocieplenie niż nawet na płytkim morzu.

Ogólnie rzecz biorąc, od 2010 r. zgromadzono dowody na to, że ESAS uwalnia więcej metanu do atmosfery niż wcześniej sądzono, a zatem stanowi dość znaczące globalne źródło tego gazu. Ale niewiele jest dowodów na to, że wszystkie te emisje są całkowicie nowe i napędzane globalnym ociepleniem, a twierdzenia o ogromnych zasobach wolnego metanu leżącego tuż pod dnem morskim, gotowych do gwałtownego uwolnienia, są wysoce spekulacyjne i niepotwierdzone. Twierdzenia, że krytycy mają niewystarczającą wiedzę specjalistyczną na temat tego konkretnego morza, również ignorują szerokie i istotne doświadczenie krytyków zarówno w dziedzinie nauk o Arktyce, jak i hydracie metanu.

CDN.