Hydraty metanu leżą na dnie oceanów, a ich pokłady mogą być grube na setki metrów i ciągnąć się na dziesiątki kilometrów. Są one możliwą alternatywą dla konwencjonalnych źródeł węglowodorów, ale i potencjalnym zagrożeniem dla klimatu – opowiada geolog z PAN, dr hab. Maciej Bojanowski.

Stanowią one potencjalne zagrożenie dla klimatu dlatego, że zawarty w tych związkach metan znacznie silniej przyczynia się do efektu cieplarnianego, niż dwutlenek węgla. Z powodu wzrostu temperatury na Ziemi prawdopodobnie już w większej, niż dotąd ilości wydostaje się on z dna oceanicznego w różnych częściach świata, a przy wciąż niewystarczającej wiedzy na temat eksploatacji hydratów metan może zacząć rozkładać się w sposób niekontrolowany i wzmagać efekt cieplarniany.

Jak przypomina dr hab. Maciej Bojanowski z Instytutu Nauk Geologicznych PAN, hydraty metanu to związki, które składają się z wody w stanie stałym i gazowego metanu, niejako "uwięzionego w klatkach" pośród tej krystalicznej struktury. Tworzą one formy przypominające lód. Spotkać je można głównie na dnie oceanów (najczęściej wzdłuż krawędzi kontynentów), ponieważ ich powstawaniu sprzyja niska temperatura i wysokie ciśnienie.

Metan jest gazem dość powszechnym, a ten zawarty w dzisiejszych hydratach powstał głównie w wyniku działalności mikroorganizmów.

– Można to sobie tak wyobrazić, że kiedy zasobne w materię organiczną dno morskie po pewnym czasie zostaje przysypane przez kolejne warstwy osadów, to mikroorganizmy zaczynają rozkładać materię organiczną. Produktem ich działalności jest m.in. metan. A panujące tam odpowiednie warunki ciśnienia i temperatury pozwalają zamknąć ten gaz w obrębie powstających w osadach hydratów – tłumaczy geolog.

– To nawet nie są pojedyncze bryły, ale ogromne masy, wielkie pokłady, które mają grubość nawet setek metrów i ciągną się dziesiątkami kilometrów. Badania nad hydratami metanu prowadzone są od niedawna i nie są jeszcze zaawansowane, ale wszystko wskazuje na to, że jest ich więcej, niż wszystkich konwencjonalnych zasobów złóż węglowodorów na świecie – wskazał Bojanowski.

Kraje takie jak Japonia, Chiny, Kanada czy USA prowadzą już projekty, które mają rozpoznać zasoby hydratów metanu u ich wybrzeży.

– Japończykom udało się z sukcesem dokonać ich eksploatacji. Tak naprawdę wydobyli oni sam metan, ponieważ rozkład hydratów prowadzili na miejscu, przy dnie oceanu. Okazało się jednak, że przy złożoności potrzebnej do tego technologii ich wydobycie nie jest opłacalne, zwłaszcza przy obecnych cenach węglowodorów" – powiedział geolog.

I choć o hydratach metanu mówi się jako o potencjalnej, przyszłościowej alternatywie dla konwencjonalnych złóż metanu, to – zdaniem Bojanowskiego – obecnie eksploatacja hydratów metanu nie jest opłacalna i wiąże się z potencjalnymi poważnymi zagrożeniami środowiskowymi.

Jednym z nich może być niekontrolowana emisja metanu do atmosfery.

– Balans ciśnienia i temperatury, które utrzymują hydraty w swym stanie skupienia, jest dość delikatny. Nie mamy jeszcze wystarczającej wiedzy na temat ich eksploatacji, i jeśli coś pójdzie nie tak podczas wydobycia, metan może zacząć rozkładać się w sposób niekontrolowany, co spowoduje gigantyczną emisję do atmosfery. Gaz ten w hydratach jest jakby stłoczony, skompresowany. Po rozłożeniu się jeden metr sześcienny hydratu daje bowiem ponad 180 metrów sześciennych metanu. Dlatego też z jednej strony jest to łakomy kąsek dla przemysłu jako potencjalne źródło energii, ale z drugiej – przy niekontrolowanym rozkładzie - może znacząco przyczynić się do efektu cieplarnianego – tłumaczył Bojanowski.

Metan z hydratów w sposób naturalny uwalnia się do atmosfery cały czas, gdyż część hydratów ulega rozpadowi; jednocześnie powstają nowe. Przy rosnącej temperaturze na Ziemi tempo rozkładu hydratów, a co za tym idzie – emisji metanu do atmosfery – wzrasta.

–  Uważa się, że największe wymieranie w historii świata, na granicy permu i triasu, było częściowo spowodowane właśnie rozkładem hydratów metanu w wymiarze globalnym. Zaszło tu kilka procesów m.in. wcześniejsze ocieplenie klimatu związane częściowo z emisją dwutlenku węgla, co spowodowało wzrost temperatury na świecie na tyle, że temperatura przy dnie morskim również wzrosła, a przez to hydraty metanu przestały być stabilne – mówił.

– Biorąc pod uwagę obecne szacunki ilości hydratów metanu na dnie oceanów, z modelowania naukowców wychodzi, że jest ich dziś tak dużo, że gdyby temperatura na Ziemi gwałtownie i znacząco wzrosła, to uwolnienie się z nich metanu mogłoby spowodować tak gigantyczny efekt cieplarniany, jak ten z czasu permu i triasu – ocenił.

Naruszanie złóż hydratów metanu może również prowadzić do destabilizacji stoków podmorskich i uruchomienia potężnych osuwisk podmorskich, co może oznaczać np. uszkodzenie podwodnych rurociągów czy powstanie fal tsunami.

Nowej wiedzy dotyczącej tych kwestii mogą dostarczyć badania na temat roli hydratów metanu w przeszłości geologicznej. Właśnie tym zajmuje się w swej pracy naukowej dr hab. Bojanowski, który m.in. kieruje międzynarodowym zespołem w projekcie finansowanym przez NCN.

– Hydraty metanu nie zachowują się w zapisie kopalnym. Poszukujemy więc świadectw ich dawnego występowania. Naszym kluczem do przeszłości jest geochemia izotopowa. Okazuje się, że metan w hydratach ma bardzo specyficzny skład izotopowy węgla –i po tym możemy poznawać w historii geologicznej, że gdzieś on w skałach czy osadach istniał. Z drugiej strony hydraty metanu to cząsteczki wody, więc zawierają pierwiastek tlenu i jego skład izotopowy w hydratach jest również specyficzny. I tak jeśli skały są równocześnie wzbogacone w lekki izotopy węgla i ciężki izotop tlenu możemy podejrzewać, że w ich powstaniu brały udział hydraty metanu – tłumaczył.

Do badań naukowcy wykorzystają skały wydobyte ze środowisk zawierających współczesne hydraty metanu. Następnie sięgną do starych (liczących około 30 mln lat) skał z Polski i Włoch.

– Podejrzewamy, że one również tworzyły się w ten sam sposób. Poprzez analogię będziemy starali się zrozumieć, jakie cechy starych skał przemawiają za tym, że hydraty im towarzyszyły, a jeżeli będziemy potrafili to zrobić to może się okazać, że będziemy lepiej identyfikować takie skały w zapisie kopalnym i rozwikłamy wątpliwość, czy rozkład hydratów metanu w przeszłości geologicznej faktycznie miał taki znaczący wpływ na okresy hipercieplarniane. A jestem przekonany, że rola hydratów w przeszłości geologicznej jest nadal nie doszacowana – podsumował dr hab. Bojanowski.