Hipótesis de la pistola de clatrato

El clatrato de metano se libera como gas en la columna de agua circundante o en el suelo cuando aumenta la temperatura ambiente.

El impacto de las concentraciones de metano atmosférico de CH ₄ sobre el aumento de la temperatura global puede ser mucho mayor de lo que se había estimado anteriormente. ^[1]

La hipótesis de la pistola de clatrato se refiere a una explicación propuesta para los períodos de calentamiento rápido durante el Cuaternario . La idea es que los cambios en los flujos en las aguas intermedias superiores en el océano causaron fluctuaciones de temperatura que alternadamente acumularon y ocasionalmente liberaron clatrato de metano en las laderas continentales superiores, estos eventos habrían causado los ciclos de enlace y eventos interestadiales individuales , como los interestadiales Dansgaard-Oeschger. . ^[2]

La hipótesis fue apoyada para el período Bølling-Allerød y Preboreal , pero no para los interestadiales Dansgaard-Oeschger , ^[3] aunque todavía hay debates sobre el tema. ^[4]

General

Depósitos de hidratos de gas por sector ^[5]

Los estudios publicados en 2000 consideraron que este efecto hipotético es responsable de los eventos de calentamiento en y al final del Último Máximo Glacial , ^[6] pero la distinta proporción de isótopos deuterio / hidrógeno (D / H) indica que el metano fue liberado por los humedales . ^{[7] [8]} Aunque los períodos de aumento de metano atmosférico coinciden con los períodos de falla del talud continental . ^{[3] [4]}

En un momento, pareció haber pruebas más contundentes de que la degradación descontrolada del clatrato de metano pudo haber causado una alteración drástica del entorno oceánico (como la acidificación y estratificación del océano ) y de la atmósfera en escalas de tiempo de decenas de miles de años durante el Paleoceno-Eoceno Térmico. Máximo hace 56 millones de años, y más notablemente el evento de extinción Pérmico-Triásico , cuando hasta el 96% de todas las especies marinas se extinguieron, hace 252 millones de años. ^{[9] [10]}Sin embargo, el patrón de cambios de isótopos que se espera sea el resultado de una liberación masiva de metano no coincide con los patrones observados allí. Primero, el desplazamiento de isótopos es demasiado grande para esta hipótesis, ya que requeriría cinco veces más metano de lo que se postula para el PETM, ^{[11] [12]} y luego, tendría que volver a enterrarse a una tasa irrealmente alta para tener en cuenta por los rápidos incrementos en la relación ¹³ C / ¹² C a lo largo del Triásico temprano antes de que fuera lanzado nuevamente varias veces. ^[11] Sin embargo, todavía se argumenta que un posible mecanismo de retroalimentación positiva de la disociación de clatratos amplificaría el calentamiento global futuro. Sin embargo, la disociación de hidratos en el pasado en SvalbardHace ocho mil años se ha atribuido al rebote isostático (levantamiento continental después de la desglaciación ). ^[13]

El informe SWIPA 2017 señala que "las fuentes árticas y los sumideros de gases de efecto invernadero todavía se ven obstaculizados por lagunas de datos y conocimientos". ^[14]

Posibles eventos de lanzamiento

Dos eventos posiblemente relacionados con las excursiones de metano son el evento de extinción del Pérmico-Triásico y el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (PETM). El clatrato de metano del permafrost ecuatorial puede haber tenido un papel en el calentamiento repentino de la " Tierra bola de nieve ", hace 630 millones de años. ^[15] Sin embargo, no se cree que el calentamiento al final de la última edad de hielo se deba a la liberación de metano. ^{[ cita requerida ]} Un evento similar son las liberaciones de hidrato de metano, luego del retroceso de la capa de hielo durante el último período glacial , hace unos 12.000 años, en respuesta al calentamiento de Bølling-Allerød . ^{[16] [17]}

Mecanismo

Estructura específica de una pieza de hidrato de gas , de la zona de subducción frente a Oregon

Sedimento que contiene hidratos de gas, de la zona de subducción frente a Oregón

El clatrato de metano, también conocido comúnmente como hidrato de metano , es una forma de hielo de agua que contiene una gran cantidad de metano dentro de su estructura cristalina. Se han encontrado depósitos potencialmente grandes de clatrato de metano debajo de sedimentos en los fondos oceánicos de la Tierra, aunque las estimaciones del tamaño total de los recursos dadas por varios expertos difieren en muchos órdenes de magnitud, lo que deja dudas sobre el tamaño de los depósitos de clatrato de metano (particularmente en la viabilidad de extraerlos como recurso combustible). De hecho, hasta el año 2000 sólo se habían encontrado núcleos de más de 10 centímetros de profundidad contigua en tres sitios, y algunas estimaciones del tamaño de las reservas de recursos para depósitos / ubicaciones específicas se han basado principalmente en la sismología. ^{[18] [19]}

La liberación repentina de grandes cantidades de gas natural de los depósitos de clatrato de metano en un cambio climático descontrolado podría ser una causa de cambios climáticos pasados, futuros y presentes. La liberación de este metano atrapado es un posible resultado importante de un aumento de temperatura; algunos han sugerido que este fue un factor principal en el calentamiento del planeta 6 ° C, que ocurrió durante la extinción del Pérmico final, ^[20] ya que el metano es mucho más poderoso como gas de efecto invernadero que el dióxido de carbono. A pesar de su vida atmosférica de alrededor de 12 años, tiene un potencial de calentamiento global de 72 en 20 años, 25 en 100 años y 33 cuando se tienen en cuenta las interacciones de aerosoles . ^[21] La teoría también predice que esto afectará en gran medida el oxígeno disponible ycontenido de radicales hidroxilo de la atmósfera.

Permafrost submarino

Artículo principal: Permafrost

El permafrost submarino se encuentra debajo del lecho marino y existe en las plataformas continentales de las regiones polares. ^[22] Esta fuente de metano es diferente de los clatratos de metano, pero contribuye al resultado general y a la retroalimentación.

A partir de mediciones de sonar en los últimos años, los investigadores cuantificaron la densidad de burbujas que emanan del permafrost submarino hacia el océano (un proceso llamado ebullición), y encontraron que se emiten diariamente entre 100 y 630 mg de metano por metro cuadrado a lo largo de la plataforma de Siberia Oriental, hacia la columna de agua. . También encontraron que durante las tormentas, cuando el viento acelera el intercambio de gas aire-mar, los niveles de metano en la columna de agua caen drásticamente. Las observaciones sugieren que la liberación de metano del permafrost del lecho marino progresará lentamente, en lugar de abruptamente. Sin embargo, los ciclones árticos, alimentados por el calentamiento global , y una mayor acumulación de gases de efecto invernadero en la atmósfera podrían contribuir a una liberación más rápida de metano de esta fuente. ^[23]

Clatratos de metano metaestable

Otro tipo de excepción son los clatratos asociados con el océano Ártico , donde los clatratos pueden existir en aguas menos profundas estabilizadas por temperaturas más bajas en lugar de presiones más altas; estos pueden potencialmente ser marginalmente estables mucho más cerca de la superficie del lecho marino, estabilizados por una 'tapa' congelada de permafrost que evita el escape de metano.

El llamado fenómeno de autoconservación ha sido estudiado por geólogos rusos a partir de finales de la década de 1980. ^[24] Este estado de clatrato metaestable puede ser una base para eventos de liberación de excursiones de metano, como durante el intervalo del Último Máximo Glacial . ^[25] Un estudio de 2010 concluyó con la posibilidad de un desencadenante de calentamiento climático abrupto basado en clatratos de metano metaestables en la región de la plataforma ártica de Siberia Oriental (ESAS). ^[26]

Anoxia oceánica

Artículo principal: Evento anóxico

En el pasado, los eventos euxínicos (es decir, sulfídicos) y anóxicos se han producido en escalas de tiempo relativamente cortas (décadas a siglos) debido a un evento perturbador, como el impacto de un meteorito, o durante decenas de miles o algunos millones de años debido a cambios globales el clima de la Tierra. Ambos escenarios pueden resultar en la liberación a gran escala de metano y otros gases de efecto invernadero del océano a la atmósfera. Se postula que tal liberación podría ocurrir en un evento explosivo rápido debido a la compleja interacción de las fuerzas de flotación y la disolución de los gases disueltos en el océano. Inicialmente, las mayores cantidades de humo y polvo en la atmósfera causarían un período relativamente corto de enfriamiento estratosférico, pero esto sería rápidamente superado por los efectos del calentamiento global.. ^[27]

Perspectiva actual

Artículo principal: Cambio climático en el Ártico

La mayoría de los depósitos de clatrato de metano se encuentran en sedimentos demasiado profundos para responder rápidamente, y el modelo de Archer (2007) sugiere que el forzamiento del metano debería seguir siendo un componente menor del efecto invernadero general . ^[28] Los depósitos de clatrato se desestabilizan desde la parte más profunda de su zona de estabilidad , que normalmente se encuentra a cientos de metros por debajo del lecho marino. Un aumento sostenido de la temperatura del mar calentará eventualmente su camino a través del sedimento y hará que el clatrato más superficial y marginal comience a descomponerse; pero normalmente la señal de temperatura tardará unos mil años o más en llegar. ^[28]Sin embargo, también existe la posibilidad de que se formen vías de migración de gas dentro de las zonas de falla en la plataforma ártica de Siberia Oriental, a través del proceso de formación de talik o características similares a pingo . ^{[29] [30] [31]}

Según los datos publicados por la EPA, las concentraciones de metano atmosférico (CH ₄ ) en partes por mil millones (ppb) se mantuvieron entre 400 y 800 ppb en los años 600 000 a. C. a 1900 d. C., y desde 1900 d. C. han aumentado a niveles entre 1600 y 1800 ppb. ^[32] El metano atmosférico medio mensual promedio mundial se encuentra actualmente en ~ 1860 ppb de CH4, aumentos entre 8.8 ± 2.6 hasta 2017 en comparación con un aumento anual promedio de 5.7 ± 1.1 ppb entre 2007 y 2013. ^[33]

Un metaestudio del USGS realizado en 2017 por el Proyecto de hidratos de gas del USGS concluyó: ^{[34] [5]}

Nuestra revisión es la culminación de casi una década de investigación original realizada por el USGS, mi coautor, el profesor John Kessler en la Universidad de Rochester, y muchos otros grupos en la comunidad ", dijo la geofísica del USGS Carolyn Ruppel, autora principal y supervisora ​​del artículo. el Proyecto de Hidratos de Gas del USGS. "Después de tantos años de determinar dónde se descomponen los hidratos de gas y medir el flujo de metano en la interfaz aire-mar, sugerimos que faltan pruebas concluyentes de la liberación de metano relacionado con los hidratos a la atmósfera.

Océano Ártico

Posible liberación de metano en la plataforma ártica de Siberia oriental

Artículo principal: liberación de metano en el Ártico

La investigación llevada a cabo en 2008 en el Ártico siberiano mostró la liberación de millones de toneladas de metano, aparentemente a través de perforaciones en el permafrost del lecho marino, ^[31] con concentraciones en algunas regiones que alcanzan niveles hasta 100 veces superiores a los normales. ^{[35] [36]} El exceso de metano se ha detectado en puntos calientes localizados en el emisario del río Lena y en la frontera entre el mar de Laptev y el mar de Siberia Oriental . En ese momento, se pensaba que parte del deshielo era el resultado del calentamiento geológico, pero se creía que un mayor deshielo se debía al gran aumento de los volúmenes de agua de deshielo que se descargaban de los ríos siberianos que fluían hacia el norte. ^[37]La liberación actual de metano se había estimado previamente en 0,5 megatoneladas por año. ^[38] Shakhova y col. (2008) estiman que no menos de 1400 gigatoneladas de carbono están actualmente encerradas como metano y hidratos de metano bajo el permafrost submarino del Ártico, y del 5 al 10% de esa área está sujeta a perforaciones por taliks abiertos . Concluyen que "la liberación de hasta 50 gigatoneladas de la cantidad prevista de almacenamiento de hidratos [es] muy posible para una liberación abrupta en cualquier momento". Eso aumentaría el contenido de metano de la atmósfera del planeta en un factor de doce, ^{[39] [40]} equivalente en efecto invernadero a duplicar el nivel actual de CO
2.

Esto es lo que llevó a la hipótesis original de la pistola de clatrato, y en 2008 el sistema del Laboratorio Nacional del Departamento de Energía de los Estados Unidos ^[41] y el Programa de Ciencia del Cambio Climático del Servicio Geológico de los Estados Unidos identificaron la desestabilización potencial de clatrato en el Ártico como una de las cuatro más graves escenarios de cambio climático abrupto, que han sido seleccionados para investigación prioritaria. El USCCSP publicó un informe a fines de diciembre de 2008 en el que estimaba la gravedad de este riesgo. ^[42] Una evaluación de la literatura realizada en 2012 identifica a los hidratos de metano en la plataforma de los mares árticos orientales como un desencadenante potencial. ^[43]

Hong y col. 2017 estudió la filtración de metano en los mares árticos poco profundos en el mar de Barents, cerca de Svalbard. La temperatura en el lecho marino ha fluctuado estacionalmente durante el último siglo, entre -1,8 y 4,8 ° C, solo ha afectado la liberación de metano a una profundidad de aproximadamente 1,6 metros en la interfaz sedimento-agua. Los hidratos pueden ser estables a través de los 60 metros superiores de los sedimentos y las descargas actuales observadas se originan en las profundidades del lecho marino. Llegan a la conclusión de que el aumento del flujo de metano comenzó hace cientos o miles de años, y señalaron al respecto "... ventilación episódica de depósitos profundos en lugar de disociación de hidratos de gas inducida por el calentamiento". ^[44] Resumiendo su investigación, Hong declaró:

Los resultados de nuestro estudio indican que la inmensa filtración encontrada en esta área es el resultado del estado natural del sistema. Comprender cómo interactúa el metano con otros procesos geológicos, químicos y biológicos importantes en el sistema de la Tierra es esencial y debe ser el énfasis de nuestra comunidad científica. ^[45]

Pendientes continentales

Perfil que ilustra la plataforma continental, la pendiente y la elevación

Parte de una serie sobre el
Ciclo del carbono
Por regiones Terrestre Marina Atmosférico Carbono profundo Tierra Permafrost bosque boreal Geoquímica
Dióxido de carbono En la atmósfera Acidificación oceánica Eliminación Medidas satelitales
Tipos de carbono Carbono total (TC) Carbono orgánico total (TOC) Carbono inorgánico total (TIC) Carbón orgánico disuelto (DOC) Carbón inorgánico disuelto (DIC) Carbón orgánico particulado (POC) Producción primaria marina Carbono negro Carbono azul
Vías metabólicas Fotosíntesis Quimiosíntesis ciclo de Calvin Ciclo de Krebs inverso Fijacion de carbon C3 C4 Respiración de carbono Tierra Foto
Bombas de carbono Bomba biológica Bomba de solubilidad Bomba de lípidos Nieve marina Bucle microbiano Derivación viral Bomba de gelatina Bomba de ballena Bomba de plataforma continental
Secuestro de carbón Biosequestración Sumidero de carbono Almacenamiento de carbono en el suelo Almacenamiento oceánico de dióxido de carbono
Metano Metano atmosférico Metanogénesis Emisiones de metano Ártico Humedal Producción aeróbica Hipótesis de la pistola de clatrato Clatrato de dióxido de carbono
Biogeoquímico Ciclos marinos Ciclo de nutrientes Ciclo carbonato-silicato Profundidad de compensación de carbonato Relación de Redfield
Otro Proxies de reconstrucción climática Observatorio de carbono profundo Proyecto Global de Carbono Captura y almacenamiento de carbono Territorialización de la gobernanza del carbono Red de observación de la columna de carbono total C4MIP
v t mi

Un depósito de gas atrapado en el talud continental frente a Canadá en el mar de Beaufort , ubicado en un área de pequeñas colinas cónicas en el fondo del océano, está a solo 290 metros por debajo del nivel del mar y se considera el depósito más superficial conocido de hidrato de metano. ^[46] Sin embargo, la región ESAS tiene un promedio de 45 metros de profundidad, y se supone que debajo del lecho marino, sellado por capas de permafrost submarino, se encuentran depósitos de hidratos. ^[47]

La observación sísmica en 2012 de hidrato de metano desestabilizador a lo largo del talud continental del este de los Estados Unidos, luego de la intrusión de corrientes oceánicas más cálidas, sugiere que los deslizamientos de tierra bajo el agua podrían liberar metano. La cantidad estimada de hidrato de metano en esta pendiente es de 2,5 gigatoneladas (aproximadamente el 0,2% de la cantidad necesaria para producir el PETM ) y no está claro si el metano podría llegar a la atmósfera. Sin embargo, los autores del estudio advierten: "Es poco probable que el margen occidental del Atlántico Norte sea la única área que experimente cambios en las corrientes oceánicas; nuestra estimación de 2,5 gigatoneladas de hidrato de metano desestabilizador puede, por lo tanto, representar solo una fracción del hidrato de metano que actualmente se desestabiliza a nivel mundial. . " ^[48]

Bill McGuire señala: "Puede haber una amenaza de deslizamientos de tierra submarinos alrededor de los márgenes de Groenlandia , que están menos explorados. Groenlandia ya se está elevando, reduciendo la presión sobre la corteza debajo y también sobre los hidratos de metano submarinos en el sedimento alrededor de sus márgenes, y el aumento de la actividad sísmica puede ser evidente en décadas a medida que se descargan las fallas activas debajo de la capa de hielo. Esto podría generar la posibilidad de un terremoto o la desestabilización del hidrato de metano de los sedimentos submarinos, lo que provocaría la formación de deslizamientos submarinos y, tal vez, tsunamis en el norte Atlántico." ^[49]

La investigación de Klaus Wallmann et al. 2018 concluyó que la disociación de hidratos en Svalbard hace 8.000 años se debió al rebote del lecho marino tras la retirada de la capa de hielo. Como resultado, la profundidad del agua se hizo menos profunda con menos presión hidrostática, sin más calentamiento. El estudio también encontró que los depósitos actuales en el sitio se vuelven inestables a una profundidad de ~ 400 metros, debido al calentamiento estacional del agua del fondo, y no está claro si esto se debe a la variabilidad natural o al calentamiento antropogénico. ^[13]

Simulaciones de modelos

Un estudio de los efectos de la hipótesis original, basado en un modelo acoplado del ciclo del carbono y el clima ( GCM ) evaluó un aumento de metano de 1000 veces (de <1 a 1000 ppmv), en un solo pulso, a partir de hidratos de metano (basado en carbono cantidad estimada para el PETM, con ~ 2000 GtC), y concluyó que aumentaría las temperaturas atmosféricas en más de 6 ° C en 80 años. Además, el carbono almacenado en la biosfera terrestre disminuiría en menos del 25%, lo que sugiere una situación crítica para los ecosistemas y la agricultura, especialmente en los trópicos. ^[50]

En ficción

• La novela de ciencia ficción Mother of Storms de John Barnes ofrece un ejemplo ficticio de cambio climático catastrófico causado por la liberación de clatrato de metano.
• En The Life Lottery de Ian Irvine, una actividad sísmica sin precedentes desencadena una liberación de hidrato de metano, revirtiendo el enfriamiento global.
• La hipótesis es la base de un experimento en el juego Death By Degrees de PlayStation 2 .
• En Trascendente de Stephen Baxter , evitar tal crisis es una trama importante.
• La novela The Black Silent del autor David Dun presenta esta idea como un punto científico clave.
• En el anime Ergo Proxy , una serie de explosiones en las reservas de hidrato de metano acaba con el 85% de las especies de la Tierra.
• La novela The Far Shore of Time de Frederik Pohl presenta una raza alienígena que intenta destruir a la humanidad bombardeando las reservas de clatrato de metano, liberando así el gas a la atmósfera.
• La novela The Swarm de Frank Schätzing presenta lo que primero parecen ser eventos extraños relacionados con los océanos del mundo.
• En Charles Stross ' Archivos de lavandería universo, un escenario fusil de clatratos provocada intencionadamente es vista como una posible estrategia de represalia que podría ser utilizada por Azul Hades en respuesta a la violación terminal del Tratado bentónica .

Ver también

• Evento Azolla
• Compuesto de clatrato
• Efectos a largo plazo del calentamiento global
• Erupción límnica
• Extinción masiva
• Chimenea de metano
• Acidificación oceánica
• Impactos físicos del cambio climático
• Parada de la circulación termohalina
• Tobogán Storegga

Referencias

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Lectura adicional

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Enlaces externos

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• Metano: Un viaje científico de la oscuridad al super-estrellato climático Bueno Informe de antecedentes de septiembre de 2004 de la NASA GISS
• Despertar al Kraken