Napisano
24.11.2006 - 02:42
Niektórzy sądzą, że to on jest przyczyną zaginięć statków w rejonie trójkąta bermudzkiego. Metanowy lód -tajemnicza substancja wydobywana z głębin oceanów - spala się równym, czerwonym płomieniem, pozostawiając po sobie tylko kafużę wody.
To jedno z najbardziej wydajnych paliw może stać się nadzieją dla przemysłu lub... przyczyną zagłady Ziemi.
Statek wiertniczy zajął pozycję nad wzgórzem znajdującym się na dnie oceanu. Świder z łatwością przeszedł przez osady denne i wgryzł się w skałę. Nagle rozbłysły rzędy czerwonych kontrolek w sterowni, wskaźniki oszalały. Zatrzymano maszyny. Morze zagotowało się - wokół statku pękały wielkie babie gazu. Zatrzasnęły się hydraulicznie sterowane zasuwy głowicy przeciwwyhuchowej. Za późno - podwodne kamery pokazały chmury gazu unoszące się z dna. Rozległ się grzmot i z morza strzeliła kolumna wody, gazu i odłamków skał. Statek zniknął. Po kilku godzinach morze uspokoiło się. Wszędzie unosiły się kawałki białej, szklistej substancji, podobnej do lodu, która pieniąc się, szybko topniała. Po kilku dniach satelity odnotowały znaczny wzrost stężenia metanu w atmosferze. Po roku temperatura na Ziemi wyraźnie się podniosła. W Warszawie bzy zakwitły w marcu, w Kairze zabrakło skali na termometrach.
Lodowce Grenlandii i Antarktydy zaczęły spływać do morza...
Czy to może zdarzyć się naprawdę? Może, chociaż tylko w szczególnych warunkach geologicznych. Skoro tak, to znaczy, że prędzej czy później taka katastrofa gdzieś się wydarzy. Dlatego poszukiwania i próby eksploatacji hydratu metanu - bo właśnie ten związek był odpowiedzialny za hipotetyczny wypadek - prowadzone są z ogromną ostrożnością. Metanowy lód - nadzieja energetyczna ludzkości jest jednocześnie najbardziej niebezpieczną substancją, z jaką dotąd przyszło się zmierzyć geologom i górnikom.
Metan w klatce
Gdy w warunkach podwyższonego ciśnienia przez silnie schłodzoną wodę przepuścimy strumień metanu, powstanie szklista masa, składająca się z kryształów wodnego lodu, w których jak w klatkach zamknięte są cząsteczki metanu. Takie substancje nazywamy klatratami lub inaczej związkami klatkowymi (łac. ciatrutus - okratowany). Najbardziej rozpowszechnione w przyrodzie są klatraly metanowe, jednak nie tylko metan jest zdolny do takich połączeń - w strukturę wodnego lodu mogą wbudowywać się cząsteczki dwutlenku węgla, siarkowodoru, etenu i wielu innych związków. Warunek jest jeden: cząsteczki, kandydatki do uwięzienia w lodowych celach, muszą mieć odpowiednie wymiary, pasujące do wielkości klatek. Połączenia są trwale tylko w pewnym okresie temperatur i ciśnień, w innych warunkach lód się topi, wydzielając jednocześnie spore ilości gazu.
Klatrat metanowy na oko nie różni się od zwykłego lodu. Jednak po wzięciu próbki do ręki okazuje się, że nie jest zimny! To skutek bardzo niskiego przewodnictwa cieplnego; metanowy lód w dotyku przypomina styropian. Efektowna jest próba ognia - lód pali się równym, czerwonym płomieniem, zostawiając po sobie kałużę wody. Jest to bardzo skoncentrowane paliwo -1 m3 hydratu, rozkładając się, daje 164 m3 metanu. Wartość energetyczna hydratu jest znacznie wyższa od węgla kamiennego i ropy naftowej, zbliżona do LNG - skroplonego gazu ziemnego, najbardziej skoncentrowanego paliwa opartego na węglu, jakie stosuje się w technice.
Hydraty pojawiają się na scenie
Z hydratami metanu po raz pierwszy zetknęli się, w latach trzydziestych ubiegłego wieku, operatorzy rurociągów gazowych układanych w zimnych strefach klimatycznych. Biała krystaliczna substancja narastała w rurach i blokowała przepływ gazu.
W latach sześćdziesiątych głośno było o hydratach znajdowanych w otworach gazowych na Syberii. W latach siedemdziesiątych badacze oceanów ogłosili pierwsze doniesienia o hydratach w głębokich osadach podmorskich. Lawina informacji rosła - geochemiczne ślady hydratów znajdowano w zimnych oceanach, w wiecznej zmarzlinie Arktyki, ale również na szelfie tropikalnym, na dnie Zatoki Meksykańskiej i w Morzu Czarnym. Wciąż jednak nie było materiału do badań, hydraty rozpadały się zbyt szybko. Dopiero w 1981 roku statek wiertniczy Glomar Challenger wydobył pierwszą próbkę hydratu z dna oceanicznego w pobliżu Gwatemali. Rdzeń wiertniczy impregnowany hydratami na odcinku 1 m stał się sensacją naukową roku. W 1996 roku załodze niemieckiego statku badawczego FS Senne udało się wydobyć głębinowym czerpakiem 50 kg hydratów z dna Pacyfiku w pobliżu Oregonu.
Dziś badaniem hydratów zajmują się wielkie organizacje rządowe i koncerny naftowe. Stawka jest wysoka: według ostrożnych szacunków złoża hydratów mogą dostarczyć co najmniej tyle energii, ile wszystkie paliwa kopalne razem wzięte - węgiel, ropa, gaz ziemny, torf itp.
By powstało złoże hydratów konieczne są trzy warunki: musi być dostateczna ilość wody i metanu, mieszanka musi zamarzać w odpowiedniej temperaturze i pod odpowiednim ciśnieniem, lód metanowy musi zostać przykryty nieprzepuszczalnymi osadami.
Woda jest obecna prawie wszędzie. Metan wytwarzają bakterie w procesie beztlenowego rozkładu materii organicznej. Dziś proces ten można zaobserwować na bagnach - pęcherzyki gazu, które wydobywają się na powierzchnię, to właśnie metan, kiedyś nazywany zresztą gazem błotnym. Gdyby takie bagno zostało przykryte warstwa nieprzepuszczalnych iłów, to gaż gromadząc się pod pokrywą, utworzyłby złoże, na razie wodno-gazowe. Aby powstały hydraty, mieszanka musi zamarznąć i to pod wysokim ciśnieniem - bowiem tylko wtedy lód krystalizuje w układzie regularnym, tworząc symetryczne klatki, w których mogą zostać zamknięte cząsteczki metanu. Dalszy los złoża zależy od warunków zewnętrznych - dopóki wysokie ciśnienie i niska temperatura będą się utrzymywać, dopóty złoże będzie istnieć. Jeśli jeden z parametrów zmieni się, złoże zniknie. Stabilność i warunk powstawania złoża określa krzywa stabilizacji klatratu metanowego, uzyskana na podstawie doświadczeń laboratoryjnych. Krzywa stabilizacji wyjaśnia, dlaczego hydraty występuja w osadach morskich poniżej głębokości 300 m - dopiero na tej głębokości panuje dostateczne ciśnienie, by utworzył się lód w układzie regularnym - klatkowym.
Poszukiwania
Mimo że klatraty teoretycznie mogą tworzyć się prawie wszędzie, to w praktyce największe złoża odkryto w oceanach, na stokach kontynentalnych i na ladzie, w nieckach osadowych wiecznej zmarzliny.
Nie znaleziono dotąd większej ilości hydratów na otwartym oceanie, z dala od lądu. Głębie Oceaniczne są zbyt ubogie w materię organiczną, by bakterie metanowe znalazły tam dobre warunki do życia. Ponadto na pełnym morzu narastanie osadów jest bardzo powolne - na dno opada zbyt mało osadów, by szybko przykryć i uszczelnić zbiornik gazu.
Poszukiwania hydratów ułatwia niezwykła właściwość fizyczna tej substancji - fale dźwiękowe rozchodzą się w nich z prędkością prawie dwa razy większą niż w typowych osadach oceanicznych. Dzięki temu klatraty wyróżniają się wyraźnie na przekroju sejsmoakustycznym. Inną cechą hydratów, ułatwiającą poszukiwania, jest zdolność tłumienia sygnału, akustycznego, zwana blankingiem. Intensywność tłumienia jest proporcjonalna do zawartości metanu w hydracie - w ten sposób można oszacować zasoby złoża.
Źródła klatratów lokalizuje się głównie metodami geofizycznymi, kosztowne wiercenia podmorskie wykonuje się rzadko. Klasyczne wiercenia są zastępowane tańszymi metodami uzyskiwania próbek. Latem tego roku francuski statek badawczy Marion Dufrense wydobył w Zatoce Meksykanskiej 25 rdzeni długości 50 m, stosując technikę wciskania stalowej rury w osady denne. Wykorzystuje się też głębinowe pojazdy podwodne, które wykonują mikrowiercenia i pobierają próbki. Amerykanie korzystają z należącego US Navy Alvina, Norwegowie wypożyczają zaś rosyjskie Miry.
Metan zmienia klimat
Metan jest jednym z gazów cieplarnianych. Jego zdolność do zatrzymywania ciepła przekracza dwudziestokrotnie możliwości dwutlenku węgla. Obecnie w atmosferze metanu jest niewiele, ale nie zawsze tak było. Metan podejrzewany jest o spowodowanie w przeszłości wielu katastrof ekologicznych, m.in. w późnym paleocenie - 55 mln lat temu.
Wyginęło wtedy wiele gatunków organizmów morskich, bowiem temperatura na Ziemi podskoczyła gwałtownie o 7°C. Katastrofalną zmianę klimatu spowodowała emisja metanu z rozpadających się, na skutek podniesienia dna oceanicznego, złóż podmorskich. W epoce lodowej, gdy znaczne ilości wody zostały uwięzione w lądolodach, poziom oceanów opadł o 140 m. Zmniejszenie ciśnienia spowodowało rozpad hydratów, niekiedy wybuchowy - na dnie Morza Barentsa zlokalizowano kratery o średnicy 700 m i głębokości 350 m. Podobne kratery odkryto w Blake Ridgc na Atlantyku. Metan uchodzący do atmosfery powodował ocieplenie klimatu i łagodził efekty zlodowacenia.
W okresach cieplejszych epoki lodowcowej poziom mórz podnosił się, przekraczając znacznie stan obecny. Morze wkraczało na tereny wiecznej zmarzliny, gdzie tak jak i dzisiaj istniały złoża metanowego lodu. Temperatura zamarzniętej ziemi podnosiła się, co powodowało rozpad hydratów. W tym przypadku gaz powodował wzmocnienie ocieplenia i przyspieszał topnienie dalszych pokryw lodowych.
Wciąż niewiele wiemy o relacjach między klimatem a hydratami metanu, pewne jest jednak, że mają one ogromne znaczenie. Trwają prace nad oszacowaniem emisji metanu, złoża hydratów są bowiem niestabilne. Na zdjęciach z dna Zatoki Meksykańskiej widać pióropusze gazu unoszące się nad kopułami osadów, przykrywającymi poduszki metanowego lodu. Wysokie emisje obserwowano także na Morzu Ochockim i w kanionach przecinających złoże w Blake Ridge.
Niepokój badaczy budzi ocieplenie oceanów: ilość metanu zawartego w hydratach przekracza 3 tyś. razy aktualne stężenie tego gazu w atmosferze. Są więc powody do obaw...
Metan wydobywający się z osadów podmorskich nie zawsze tworzy masywne złoża. Na stokach oceanicznych często wypełnia tylko niektóre szczeliny, cementując luźne osady. W ten sposób skutecznie unieruchamia zbocze. Jeśli lodowy cement się rozpadnie, to zbocze zjedzie w dół. Problem jest pozornie błahy - cóż bowiem złego, poza wystraszeniem ryb, mogą wyrządzić zwały osuwającego się gruntu;? Otoż mogą - podmorskie osuwiska wytwarzają fale tsunami. Dla mieszkańców Bahamów, Wysp Dziewiczych i Hawajów jest to sprawa życia i śmierci. Całe Bahamy, ze swym stromo opadająoym 5 km w głąb oceanu stokiem, trzymają się właściwie na klatratowym cemencie. O skali zagrożenia przypominająświadectwa z niedawnej przeszłości: 8 tyś. lat temu wielki kawal stoku kontynentalnego na wysokości Trondheim zjechał do Morza Norweskiego na odległość 800 km od miejsca pierwotnego położenia. Objętość uruchomionej masy skał ocenia się na 5300 km3! Bezpośrednim powodem gigantycznego osunięcia był prawdopodobnie rozpad hydratów cementujących zbocze.
Gospodsrcza ruletka
Czy hydraty nastręczające tylu problemów mają szansę na gospodarcze wykorzystanie? Odpowiedź nie jest łatwa. Gdybyśmy zrezygnowali z ich eksploatacji, byłby to pierwszy przypadek, kiedy człowiek nie poradził sobie z trudnościami technicznymi. Z drugiej strony ryzyko jest poważne - nikt tak naprawdę nic wie, jaki wpływ na klimat mogłaby mieć przypadkowa dekompresja dużego zloża. Wciąż nie wiadomo, jak wydobywać hydraty. Mnożą się absurdalne pomysły: rozpostarcie gigantycznych parasoli nad złożami lub budowa podmorskich zakładów przetwórczych. Są jednak propozycje proste i praktyczne: metanowy lód można podgrzać w otworze wiertniczym, tak jak się to robi przy eksploatacji ciężkicj ropy naftowej.
Jeśli miałbym postawić pieniądze w tej ruletce, to zaryzykowałbym odpowiedź pozytywną - owszem, ludzkość sięgnie po te złoża. Nie stanie się to szybko - nie wcześniej niż zaczną się wyczerpywać złoża konwencjoonalnych bituminów, czyli za 30-50 lat.
Stawka jest, jednak zbyt wielka, by trudności powstrzymały odważnych.
Hydraty a trójkąt bermudzki
W 1992 roku sensację wywołał film "Trójkąt bermudzki" emitowany przez brytyjski Channel 4. Wyjaśniał on, że przyczyną katastrof w słynnym trójkącie był gwałtowny rozpad podmorskich hydratów. Statki miały tonąć w pianie wodno-metanowej (o gęstości porównywalnej z gęstością powietrza), a samoloty spadać z powodu turbulencji. Kilka lat później autor filmu po zbadaniu rejestrów Lloyda (brytyjska agencja ubezpieczeniowa - przyp. Ivellios) doszedł do wniosku, że trójkąt bermudzki nie istnieje. Według danych statystycznych, liczba katastrof, które się tam wydarzyły, nie odbiega od normy akwenu o podobnym nasileniu ruchu.
Czy katastrofa związana z rozpadem złoża klatratów i utratą pływalności statku w nasyconej gazem wodzie jest możliwa? Teoretycznie tak, jednak ostatnie gwałtowne dekompresje złóż nastąpiły około 8 tysięcy lat temu, w czasach kiedy poziom oceanów zmieniał sie znacznie szybciej niż obecnie. Współcześnie żadna stacja sejsmiczna nie odnotowała wybuchowego rozpadu złoża.
Mirosław Rutkowski, geolog, pracownik Państwowego Instytutu Geologicznego w Warszawie
Wiedza i życie listopad 2002
Gość_inga
