De atmosferische concentratie van methaan, een krachtig broeikasgas, is sinds het begin van de industrialisatie bijna verdrievoudigd. Methaanemissies uit natuurlijke bronnen worden slecht begrepen. Dit is vooral het geval voor de emissies van de Noordelijke IJszee.

De Noordelijke IJszee is een barre werkomgeving. Dat is de reden waarom veel wetenschappelijke expedities worden uitgevoerd in de zomer- en vroege herfstmaanden, wanneer het weer en de wateren voorspelbaarder zijn. De meeste extrapolaties met betrekking tot de hoeveelheid methaanafvoer van de oceaanbodem, zijn dus gebaseerd op waarnemingen in de warmere maanden.

"Dit betekent dat de huidige klimaatgasberekeningen geen rekening houden met de mogelijke seizoensgebonden temperatuurvariaties. We hebben geconstateerd dat seizoensverschillen in bodemwatertemperaturen in de Noordelijke IJszee variëren van 1,7 ° C in mei tot 3,5 ° C in augustus. Het methaan sijpelt in koudere omstandigheden verminderen de uitstoot in mei met 43 procent in vergelijking met augustus." zegt oceanograaf Benedicte Ferré, onderzoeker bij CAGE Center for Arctic Gas Hydrate, Milieu en klimaat bij UiT The Arctic University of Norway.

"Direct, er is een grote overschatting in het methaanbudget. We kunnen niet zomaar wat we in augustus vinden vermenigvuldigen met 12 en een correcte jaarlijkse schatting krijgen. Uit ons onderzoek blijkt duidelijk dat het systeem tijdens het koude seizoen een winterslaap houdt."

Een bevroren deksel bovenop grote methaanophopingen

Het onderzoek werd uitgevoerd ten westen van de Noorse Arctische archipel Svalbard - een gebied dat wordt beïnvloed door een tak van de Noord-Atlantische Oceaanstroom die West Spitsbergenstroom wordt genoemd. De waarnemingen zijn gedaan op 400 meter waterdiepte, waar de oceaanbodem bekend staat om zijn vele methaansijpels.

"We zien bellen uit het methaan dat als fakkels sijpelt tijdens echoloodonderzoeken. Er zijn er genoeg in dit gebied. Ze zijn waarschijnlijk afkomstig van vrij gas dat naar boven migreert vanuit reservoirs, door sedimentaire lagen of tektonische fouten", zegt Ferré.

Het gebied in kwestie bevindt zich op de grens van de zogenaamde gashydraatstabiliteitszone. Gashydraten zijn vast, ijzige verbindingen van water en, vaak, methaan. Ze blijven stevig onder de oceaanbodem zolang de temperaturen laag zijn en de druk hoog genoeg is.

De bodemwatertemperaturen beïnvloeden de omvang van de begrenzing van deze stabiliteitszone.

"De hydraten worden gevormd uit het opwaarts bewegende methaangas, in de bovenste sedimenten. Dit kan snel gebeuren bij voldoende koudwatertemperaturen. Dus, we krijgen dit hydraatdeksel dat deze grote ophopingen van het broeikasgas bevat en de uitstoot tijdens koude perioden vertraagt. Dit deksel raakt dan in de zomer leeg, met warmere temperaturen. De opwarming van het bodemwater beïnvloedt het evenwicht en we krijgen seizoensvariaties van de methaanemissies."

Seizoensveranderingen hebben een sterke invloed op methaanconsumerende bacteriën

Gelukkig, meer dan 90 procent van het methaan dat vrijkomt uit de oceaanbodem bereikt nooit de atmosfeer. Mede door de fysische eigenschappen van de oceaan zelf, zoals stromingen en gelaagdheid van de waterkolom.

Methaan wordt ook verbruikt door specifieke bacteriën (methanotrofen) in de waterkolom. Deze worden sterk beïnvloed door de hier beschreven seizoensvariaties. In verrassende mate.

“In de koudere periodes neemt de activiteit van de methanotrofe bacteriën sterk af. Dat is enigszins logisch aangezien er minder methaan geconsumeerd hoeft te worden. methaanafvoer daalt met 43 procent, en men zou denken dat de bacteriële activiteit dienovereenkomstig afnam. Maar de bacteriële activiteit neemt met enkele orden van grootte af, ondanks dat er nog steeds methaan in het water zit. Er zijn zeer weinig methanotrofen in het systeem tijdens de winter, zegt co-auteur van de studie Helge Niemann, hoogleraar geomicrobiologie aan het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ).

De seizoensveranderingen zijn lange tijd belangrijk geweest voor het begrijpen van de primaire productie in de oceaan. Maar biogeochemische processen, zoals methaanoxidatie door bacteriën, zijn niet beschouwd als sterk beïnvloed door seizoensveranderingen. "In dit artikel bewijzen we dat die veronderstelling onjuist is, ’ stelt Nieman.

De volgende stap is om meer wintercruises te maken om rekening te houden met seizoensveranderingen met betrekking tot de stroming van West Spitsbergen, helemaal van het Noorse noordpoolgebied tot het Oost-Siberische plat.

Potentieel omslagpunt

Hoe methaan zal reageren in toekomstige oceaantemperatuurscenario's is nog onbekend. De Noordelijke IJszee zal naar verwachting in de toekomst tussen de 3°C en maar liefst 13°C warmer worden, als gevolg van klimaatverandering. Het onderzoek in kwestie kijkt niet in de toekomst, maar richt zich op het corrigeren van de bestaande schattingen in het methaanemissiebudget. Echter:

"We moeten de eigenaardigheden van het systeem goed doorrekenen, omdat de oceanen opwarmen. Het systeem zoals dit zal in de toekomst ongetwijfeld worden beïnvloed door het opwarmende oceaanwater, ", zegt Benedicte Ferré. Een constant warme bodemwatertemperatuur over een periode van 12 maanden zal een effect hebben op dit systeem.

"Op 400 meter waterdiepte zitten we al aan de grens van de gashydraatstabiliteit. Als deze wateren slechts 1,3°C opwarmen, zal dit hydraatdeksel permanent omhoog gaan, en de afgifte zal constant zijn, " zegt Ferre.