북극해 해저에서 누출되는 온실가스

북극해 해저에서 누출되는 온실가스

최근 영국 버밍엄 대학(University of Birmingham) 소속의 Graham Westbrook을 주축으로 하는 연구진은 과거에는 알려지지 않았던 메탄 배출원으로 노르웨이 북부 북극해 해저(Arctic Ocean seafloor)에서 메탄이 용출되고 있다고 보고했다. 메탄(methane)은 이산화탄소보다 25배 더 강력한 온실가스이다. 지역적인 난류의 점진적인 온난화는 해저 아래 기온에 민감한 메탄 하이드레이트(methane hydrate)가 분해되어 기체상으로 방출되어 유발된다고 연구진은 밝혔다.

수년 동안 과학자들은 지구의 상승하는 기온이 영구 동토층에 침착 되어 있는 메탄이 대기 로 다량으로 배출됨에 따라 기인한다는 논쟁을 지속해 왔다. 일부 고기후 연구들은 이러한 시나리오가 과거에 발생했으며, 하이드레이트 형성 및 붕괴 과정이 빙하 주기를 유발하는 주요 요인이라고 주장했다.

과거 수 십 년에 걸쳐 해양 관측을 위한 도구가 더욱 정교해짐에 따라 연구진은 63,000 기가톤 이상의 탄소를 함유하고 있는 약 90곳의 메탄 하이드레이트 해양 지역이 있다고 기록했다. 과거 동부 시베리아 해 붕빙(East Siberian Arctic shelf)에 대한 2007 국제극관측년(International Polar Year 2007) 조사는 풍부한 메탄이 스며 나오고 있으며, 북부 극지대 해수에서 여름철 메탄의 농도가 최고치를 기록했다고 관측했다.

하이드레이트는 일반적으로 해저 아래 침전물에 형성되어, 300-500 미터 깊이에서 안정한 상태를 이루고 기온, 압력, 염도 및 존재하는 기체의 유형에 좌우된다고 Westbrook은 밝혔다. 그러나 2008년 연구에서 Westbrook 연구진은 150-400 미터 사이의 깊이에 있는 해저에서 생성되는 250 플룸(plume) 이상의 메탄 기체에 대한 수중 음파 이미지를 수집한 바 있다. 연구진은 이러한 플룸이 대서양 해수를 북극으로 이동시키는 멕시코만류(Gulf Stream)의 지류인 WSC(West Spitsbergen Current)에 의해 씻겨 내려가는 대륙 가장자리를 따라 형성되어 있음을 발견했다. WSC는 지난 30년에 걸쳐 1℃ 가까이 능가했으며, 360-396 미터 깊이에 있는 안정한 형태의 하이드레이트가 메탄을 방출하고 있다고 Westbrook은 밝혔다.

플룸은 최대 직경의 플룸이 해면 50 미터 이내에 도달하는 평균 수 미터 직경으로 이루어져 있다. 아직까지 과학자들은 방출되는 기체의 실제적인 부피를 산출하지 못했다. 그러나 이 지역에서 하이드레이트 농도에 대한 이전 연구를 기준으로 연구진은 약 30 킬로미터 길이의 플룸 지역의 발생이 하이트레이트 분해로 인하여 연간 약 27 킬로톤이 소실될 수 있다고 추정했다. 만약 해수 기온 상승으로 인한 하이드레이트 분해 과정이 북극 대륙 가장자리를 따라 확산된다면, 전 세계에서 자연적으로 배출되는 전체 메탄의 약 5-10%에 상응하는 메탄이 해양으로 배출될 수 있다고 Westbrook은 경고했다. 비록 대부분의 메탄이 해수에 용해된다고 할지라도, 낮은 비율의 메탄은 평형에 따라 대기로 전달된다. 게다가 용해된 메탄은 산소 수준을 낮추어 해양 산성화에 기여한다고 연구진은 지적했다. 

Matthew T. Reagan을 비롯한 미국 로렌스 버클리 국립 연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory) 연구진이 내린 평가는 메탄의 신속한 방출이 따뜻한 지역과 차가운 지역 모두에서 하이드레이트를 얇게 만들 가능성이 있다고 결론지었다. 만약 북극 하이드레이트가 일부 증거가 제시하는 것처럼 확산된다는 사실이 입증된다면, 이러한 상황은 지역적 또는 전 세계적인 생태계에 위협이 될 수 있다. Westbrook의 연구는 해저에서 기온 변화로 나타나는 시스템에 대한 기체 하이드레이트의 안정성이 한계에 다다른 지역에서 발생하는 메탄 배출이 상당할 것이라는 주목할 만한 결과를 제시하고 있다고 Reagan은 밝혔다. 이것은 메탄 방출이 어떻게 기후 변화를 유발할 수 있는가에 대한 좋은 사례라고 Reagan은 지적했다.

이 연구에서 플룸이 검출된 깊이는 하이드레이트 분해와 일치했지만 기후 변화가 하이드레이트 분해를 유발했다는 증거는 아니라고 몬터레이만 아쿠아리움 연구소(MBARI; Monterey Bay Aquarium Research Institute) 소속의 Peter Brewer는 밝혔다. 모델링은 열이 해양 침전물 깊이까지 침투하는 데 상당히 오랜 시간이 소요된다는 사실을 보여 주었다. 그러나 만약 하이드레이트 분해가 확산된다면 전조적인 결과가 이어질 것이라고 Brewer는 지적했다.

 

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Greenhouse gas leaking from Arctic Ocean floor

Noreen Parks

Environ. Sci. Technol., Article ASAP

Copyright © 2009 American Chemical Society

Scientists have reportedthe presence of previously unknown sources of methane—a greenhouse gas some 25 times more powerful than CO₂ at trapping heat—bubbling up from the Arctic Ocean seafloor north of Norway. Gradual warming of a regional current has caused temperature-sensitive methane hydrate below the seabed to break down and discharge the gas, the researchers say.

For years, scientists have debated whether the planet’s rising temperatures would turn methane deposits in permafrost regions into a “ticking bomb” that, once detonated, could liberate vast quantities of methane to the atmosphere, possibly triggering disastrous climate-feedback effects. Some paleoclimate studies have argued that such scenarios have occurred in the past, and that the processes of hydrate formation and disintegration have been a primary driver of glacial cycles.

Over the past couple of decades, as the tools for oceanographic exploration have grown more sophisticated, researchers have documented about 90 oceanic locations of methane hydrate, estimated to contain as much as 63,000 gigatons or more of carbon. Previously, International Polar Year (2007) surveys of the East Siberian Arctic shelf uncovered abundant methane seepsand measured record-breaking summertime concentrations of the gas in northern polar waters.

Hydrate usually forms in sediment beneath the seabed and is stable at depths below 300−500 meters (m), depending upon temperature, pressure, salinity, and the types of gases present, according to Graham Westbrook of the University of Birmingham (U.K.). However, on a research cruise in 2008, Westbrook and colleagues collected sonar images of more than 250 plumes of methane gas rising from the seafloor at depths ranging between 150 and 400 m. They found these plumes along a section of continental margin washed by the West Spitsbergen Current (WSC), an arm of the Gulf Stream that delivers Atlantic seawater to the Arctic. As the WSC has warmed by 1 °C over the past 30 years, the depth at which hydrate in the area is stable has fallen from 360 to 396 m, liberating methane, Westbrook says.

The plumes averaged several meters in diameter, with the largest reaching within 50 m of the sea surface. The researchers have not yet calculated the actual volume of gas being released. However, on the basis of previous studies of hydrate concentrations in the area, they estimate that the 30-kilometer-long zone of plume occurrence could be losing about 27 kilotons per year from dissociating hydrate. “If this process [of hydrate dissociation due to rising ocean temperatures] becomes widespread along Arctic continental margins, tens of megatons of methane per year—equivalent to 5 to 10% of the total amount released globally by natural sources—could be released into the ocean,” Westbrook warns. Although most, if not all, of the methane is dissolving in the seawater, a tiny fraction of it transfers to the atmosphere by equilibration. Furthermore, the dissolved methane lowers oxygen levels and contributes to ocean acidification, the researchers note.

An assessmentby Matthew T. Reagan and others of Lawrence Berkeley National Laboratory concluded that rapid discharges of methane are possible for shallow-lying hydrates in both warm and cold regions. If Arctic hydrates prove as widespread as some evidence indicates, the assessment suggests, this could pose a particular threat to regional or even global ecology. “The [Westbrook] study is noteworthy in its documentation of significant methane releases occurring at locations corresponding to the limit of gas hydrate stability for a system that has seen documented temperature changes at the seafloor,” Reagan says. “This is a good example of what methane release due to climate change might look like,” he contends.

Veteran hydrate researcher Peter Brewer of the Monterey Bay Aquarium Research Institute says, “The depths at which the plumes have been detected [in the study] are consistent with hydrate dissolution, but it’s not proof that climate change has caused this. Modeling shows that it takes a very long time for heat to penetrate deep into ocean sediments. So this is not yet a smoking gun.” However, Brewer points out, if widespread hydrate dissolution does happen, another ominous consequence could follow: if ocean floor sediments become increasingly gas-saturated, they will likely turn highly unstable, so that earthquakes are more likely to unleash tsunami-like landslides
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Naturally occurring deposits of gas hydrate—mainly methane hydrate—have been identified from borehole samples and by using seismic-reflection profiles and other tools. Oceanic deposits occur largely along continental margins.


2009.08 북극 해저에서 유출되는 메탄

Source : KISTI, pubs.acs.org