Kuva: Andreassen et al. (2017) Science/AAAS

Jääkauden lopulla sattui jättimäisiä metaanipurkauksia - voivat ehkä alkaa uudelleenkin

Barentsinmeren pohjasta purkautui viime jääkauden lopulla suuria määriä metaania. Samoin voi käydä vielä uudestaankin, mikäli Grönlannin tai Antarktiksen jäätiköt alkavat sulaa vauhdilla. Tuore tutkimus antaa vihiä tapahtumien määristä ja laajuudesta.

Barentsinmeren pohjalta löytyy satamäärin suuria "kraattereita". Ne ovat läpimitaltaan 300-1000 metriä ja syvyydeltään jopa 30 metriä. Näitä laakeita monttuja on löydetty Huippuvuorten Karhusaaren eteläpuolella, hieman yli 300 metrin syvyydestä.

Jättimäiset kuopat löydettiin jo 1990-luvun alussa. Vasta nyt tutkijat ovat viimein onnistuneet selvittämään kunnolla olosuhteet, jossa ne saivat alkunsa.

Ne syntyivät viimeisen jääkauden loppuvaiheessa jättimäisten kaasupurkausten yhteydessä. Asiaa valaiseva tutkimus julkaistiin kesäkuun alussa tiedelehti Sciencessä.

Alueen kalliosta pulppuaa luonnostaan koko ajan metaania, jossa on pieni määrä (n. 3 %) muita orgaanisia kaasuja. Kaasut ovat peräisin tiukkaan puristuneista orgaanisista sedimenttikerroksista syvältä merenpohjan alta.

Normaalisti (esimerkiksi nykyisin) kaasut pulppuavat hitaasti eivätkä päädy ilmakehään. Merenpohjan sedimenttien mikrobit käyttävät niitä ravintonaan ja muuttavat valtaosan muiksi aineiksi. Meriveteen asti päässyt osa taas ehtii liueta hyvissä ajoin ennen ilmaan pääsyä.

Jääkauden aikaan tilanne oli kuitenkin toinen.

Jääkauden kylmimmässä vaiheessa mannerjäätikkö yhdisti Huippuvuoret Euraasian mantereeseen. Nykyisen Barentsinmeren kohdalla lepäsi tuolloin kaksi kilometriä paksu jäätikkö, vakaasti merenpohjalla maaten. Kylmyys jäädytti kaasut paikoilleen kiven sisään. Niitä kertyi muutaman sadan metrin syvyyteen merenpohjan alle tuhansien tai kymmenien tuhansien vuosien ajan.

Kun jäätikkö alkoi viimein oheta ja vetäytyä, olosuhteet hellittivät. Kaasut pääsivät uudelleen hitaasti liikkeelle. Ne nousivat maan alla hieman ylemmäs ja jäätyivät pian uudelleen. Sama toistui useita kertoja. Lopulta kaasut kertyivät merenpohjan tuntumaan, mutta yhä kallion sisään, ja alkoivat muodostaa pingoja. Ne ovat jääsydämisiä kohoumia, joskin näiden tapauksessa ydin oli metaaniklatraattia (jäätä, jonka hilarakenteeseen on jäänyt jumiin paljon metaania).

Pingot kasvoivat kasvamistaan, kun niihin pumppautui altapäin aina vain enemmän metaania. Myös pingojen klatraatti alkoi sulaa, vapauttaen lisää metaania. Tämä nosti painetta entisestään, kunnes kiven sietokyky ylittyi. Pingon pinta repesi ja metaani purkautui yhdessä rysäyksessä. Kaasuuntuva metaani siis räjäytti itsensä vapaaksi meriveteen asti, kallion läpi.

Kaasua vapautui kerralla valtavat määrät. Osa siitä pystyi liukenemaan meriveteen, mutta luultavasti ei kaikki. Voi olla, että valtaosa päätyi ilmakehään.

Barentsinmeren "kraatterit" on ajoitettu muutaman tuhannen vuoden tarkkuudella. Ne syntyivät mannerjäätikön vetäydyttyä alueelta 15 000 v sitten. Joissain niistä näkyy kuitenkin uurteita, jotka ovat syntyneet suurten pohjaa raastaneiden jäävuorten toimesta. Riittävän isoja jäävuoria alueella liikkui viimeksi jääkauden lopulla, noin 12 000 v sitten. Pingot siis syntyivät tuossa välillä.

Millaisista määristä puhutaan?

Laskeskellaanpa hieman kuinka mittavasta asiasta nyt puhutaan.

Suurimmista yksittäisistä Barentsinmeren "kraattereista" on poistunut runsaat 10 miljoonaa kuutiometriä metaaniklatraattia. Näin siis, mikäli "kraatterin" tilavuus todella vastaa sieltä poistunutta ainemäärää. Koska pingo on saattanut olla voimakkaastikin koholla ennen purkausta, todellinen määrä saattoi olla paljon tätä arviota suurempikin.

Sadan neliökilometrin alueelta metaaniklatraattia purkautui arviolta 25–250 miljoonaa kuutiometriä. Vapautuneen metaanikaasun määrä lieni noin 3–30 miljardia kiloa. 10x10 kilometrin alueelta vapautui siis määrä, joka vastaa 0,8–8,5 prosenttia koko ihmiskunnan vuotuisista (2012) metaanipäästöistä.

Mannerjään vaikutusalue ulottui kuitenkin paljon Barentsinmeren tutkimusaluetta laajemmalle, ympäri Arktista. Tutkijoiden mukaan metaanivarantoja on ehkä jopa 33 miljoonan neliökilometrin, eli tuplasti Venäjän laajuisella alueella. Koska jää kuitenkin vetäytyi eri alueilta eri aikoihin, eikä metaanin pulppuaminen ole joka paikassa yhtä voimakasta, eivät metaanipurkaukset kuitenkaan tapahtuneet kaikkialla yht'aikaa tai samalla intensiteetillä.

Jääkauden viimeisten tuhansien vuosien aikana tapahtuneet "röyhtäykset" olivat kuitenkin hyvin mittavia.

Prosessin todisteena merenpohjaa koristamaan jäi "kraattereita". Niitä on löydetty Barentsin-, Norjan- ja Pohjanmeren alueilta, mutta esiintymisaluetta ei ole kartoitettu.

Ylläolevalle kartalle on merkitty myös Pohjois-Venäjällä muutaman viime vuoden aikana sattuneet ja maailmaa hätkähdyttäneet kaasupurkaukset. Ne olivat kuitenkin varsin mitättömiä pihauksia jääkauden lopun tapahtumiin verrattuna – lisää näistä kuopista aiemmista jutuistamme.

Karu tulevaisuudenkuva – vai ehkä ei?

Malli on hyvin vakuuttava. Se myös kertoo karun ennusteen ilmastonmuutoksen mahdollisista vaikutuksista. Moisia voi olla odotettavissa kymmenien, satojen tai ehkä vasta tuhannenkin vuoden sisällä – geologisesti ajatellen kuitenkin silmänräpäyksessä.

Jos nykyiset mannerjäätiköt alkavat sulaa vauhdilla, myös niiden alle jäätyneet metaanivarastot vapautuvat. Moisia löytyy ainakin Grönlannin ja Länsi-Antarktiksen alta. Länsi-Antarktiksen jäätikkö on lisäksi kymmeniä miljoonia vuosia vanha, eli paljon vanhempi kuin jääkauden aikainen kollegansa Pohjois-Euroopassa. Sen alle on siis ehtinyt kerääntyä merkittävästi suuremmat metaanivarastot kuin Barentsinmereltä voi arvioida vapautuneen.

Metaani on kasvihuonekaasuna 20–30 kertaa tehokkaampi kuin hiilidioksidi. Etelämantereen metaanivarantojen suuruutta ei tunneta, mutta niiden mahdolliset ilmastovaikutukset saattaisivat hyvinkin vastata kaikkia niitä kasvihuonekaasupäästöjä, mitä koko ihmiskunta on ehtinyt ilmaan tuprutella jo kymmenien vuosien aikana. Moisen lisämetaanimäärän pääsy ilmakehään olisi katastrofaalista. Ainakin jos vapautuminen sattuisi kerralla.

Tilanne ei kuitenkaan ole aivan noin pelottava, kahdesta syystä.

Ensinnäkään nykyjäätiköt eivät voi sulaa kokonaan pois kovinkaan vauhdikkaasti: nopeimmillaankin se veisi satoja tai tuhansia vuosia. Kuitenkin jo pelkkä reuna-alueiden merkittävä vetäytyminen saattaa vapauttaa metaanista osan.

(Sivuhuomautus: Jättiläismäisimpienkään jäävuorten lohkeaminen Antarktiksen jäähyllyjen reunoilta ei vaikuta suoraan metaanin vapautumiseen. Jäähyllyt ovat nimittäin "vain" satoja metrejä paksuja ja kelluvat meressä, eivätkä paina tai juuri viilennä merenpohjaa. Ne vaikuttavat mannerjään tilanteeseen välillisesti: Jäähyllyn massan huvetessa mantereelta merelle tuleva jäävirta kohtaa vähemmän vastustusta ja virtaa siksi nopeammin. Näin mannerjäänkin massa pienenee.)

Toiseksi ilmakehän luonnollinen metaanipitoisuus ei näytä vaihdelleen kovinkaan paljoa. Sen osuus on viimeisen 800 000 vuoden aikana heilahdellut noin 0,3–0,7 miljoonasosan tienoilla, vaikka monia jääkausia metaanipurkauksineen on ehtinyt tulla ja mennä. Metaani siis joko sittenkin onnistuu purkausten yhteydessä liukenemaan veteen, tai sitten se on siirtynyt ilmakehästä muualle, yllättävän nopeasti.

Nykyisin tilanne on kuitenkin hieman erilainen, kiitos ihmisen toiminnan. Metaanipitoisuus on kivunnut jo 1,7 miljoonasosaan ilmakehän kaasutilavuudesta, eli 2,5–5 -kertaiseksi "normaaliin" jääkauden jälkeiseen tilanteeseen verrattuna. Arktiksen pohjoisosissa on lisäksi jo nyt meneillään ikiroudan sulamisen kausi, mistä todisteena ovat vaikkapa Jamalin niemimaan tuoreet räjähdyskuopat. Ne tuovat lisää ei-oikein-enää-tervetulleita metaanipäästöjä.

Jäätiköiden alta paljastuvilta seuduilta tulevat metaaniröyhtäykset tekisivät tähän vielä oman lisänsä. Pienen vai suuren – se riippuu ihan siitä mihin määrää vertaa, ja millä aikajänteellä ne tapahtuvat.

Tutkimuksesta kertoi Suomessa ensimmäisenä Tekniikan Maailma.

Ensimmäisen väliotsikon alla olevat laskelmat ovat kirjoittajan tekemiä. Kirjoittaja on jäätiköitäkin jonkin verran tutkinut planetologi.

Päivitys 5.6. klo 19.45: Korjattu kirjoitusvirheitä.

Lähteet: Andreassen ym. (2017), Solheim & Elverhøi (1993), Lammers ym. (1995), World bank

Otsikkokuva: Andreassen et al. (2017) Science/AAAS