Gashydraten zijn een vaste verbinding van gassen en water die bij lage temperaturen en hoge drukken een ijsachtige structuur hebben. Verbindingen van methaan en water, zogenaamde methaanhydraten, zijn vooral te vinden aan veel oceaanranden, ook in de Zwarte Zee. Naast een mogelijk gebruik als energiebron, methaanhydraatafzettingen worden onderzocht op hun stabiliteit, omdat ze kunnen oplossen bij veranderingen in temperatuur en druk. Naast het vrijkomen van methaan, dit kan ook gevolgen hebben voor de stabiliteit van de onderzeese hellingen.

Tijdens een zes weken durende expeditie met het Duitse onderzoeksschip METEOR in het najaar van 2017, een team van MARUM en GEOMAR onderzocht een methaanhydraatafzetting in de diepzeewaaier van de Donau in de westelijke Zwarte Zee. Tijdens de rondvaart, dat deel uitmaakte van het gezamenlijke project SUGAR III "Submarine Gas Hydrate Resources", gezamenlijk gefinancierd door de BMWi en BMBF, de gashydraatafzettingen zijn geboord met behulp van het mobiele zeebodemboorapparaat MARUM-MeBo200. De resultaten van de onderzoeken, die nu zijn gepubliceerd in het internationale tijdschrift Aardse en planetaire wetenschapsbrieven, hebben de wetenschappers nieuwe inzichten gegeven in veranderingen in de stabiliteit van gashydraten.

"Op basis van gegevens van eerdere expedities, we hebben twee werkgebieden geselecteerd waar, aan de ene kant, methaanhydraat en vrij methaangas bestaan ​​naast elkaar in de bovenste 50 tot 150 meter van de hydraatstabiliteitszone en, anderzijds, een aardverschuiving en gaslekkages werden direct aan de rand van de gashydraatstabiliteitszone gevonden, " legt prof. dr. Gerhard Bohrmann uit, expeditieleider van MARUM en co-auteur van de studie. "Voor onze onderzoeken hebben we ons boorapparaat MARUM-MeBo200 gebruikt en alle eerdere diepterecords gebroken met een maximale diepte van bijna 145 meter."

Naast het verkrijgen van monsters, de wetenschappers waren, Voor de eerste keer, ook in staat om gedetailleerde in situ temperatuurmetingen uit te voeren tot aan de basis van de gashydraatstabiliteit onder de zeebodem. Eerder, deze basislijn werd bepaald met behulp van seismische methoden, waaruit de zogenaamde "bottom simulating reflector" (BSR) werd verkregen als indicator van deze basis. "Echter, ons werk heeft nu voor het eerst bewezen dat de aanpak met behulp van de BSR niet werkt voor de Zwarte Zee, " legt Dr. Michael Riedel van GEOMAR uit, hoofdauteur van de studie. "Vanuit ons oogpunt de gashydraatstabiliteitsgrens heeft de warmere omstandigheden in de ondergrond al benaderd, maar het gratis methaangas, die altijd aan deze onderrand wordt gevonden, is er nog niet in geslaagd om mee te stijgen, " Riedel gaat verder. De redenen hiervoor kunnen worden toegeschreven aan de lage doorlaatbaarheid van de sedimenten, wat betekent dat het methaangas daar beneden nog steeds "vastzit" en alleen heel erg kan stijgen, heel langzaam op eigen kracht, volgens de wetenschapper.

"Echter, onze nieuwe analyses van de seismische gegevens hebben ook aangetoond dat het methaangas op enkele plaatsen door de BSR kan breken. Daar, een nieuwe BSR vestigt zich gewoon over de 'oude' reflector. Dit is nieuw en nog nooit eerder gezien, " zegt Dr. Matthias Haeckel, co-auteur van de studie van GEOMAR. "Onze interpretatie is dat het gas op deze plaatsen kan stijgen, omdat verstoringen in de zeebodem hier de gasstroom bevorderen, ’ vervolgt Haeckel.

"Samengevat, we hebben een zeer dynamische situatie gevonden in deze regio, die ook verband lijkt te houden met de ontwikkeling van de Zwarte Zee sinds de laatste ijstijd, " zegt Michael Riedel. Na het laatste glaciale maximum (LGM), de zeespiegel steeg (drukverhoging), en toen de wereldwijde zeespiegel boven de drempel van de Bosporus steeg, zout water uit de Middellandse Zee kon zich voortplanten naar de Zwarte Zee. Daarvoor, dit oceaanbassin was eigenlijk een zoetwatermeer. In aanvulling, opwarming van de aarde sinds de LGM heeft geleid tot een temperatuurstijging van het bodemwater in de Zwarte Zee. De combinatie van deze drie factoren:zoutgehalte, druk en temperatuur hadden drastische effecten op de methaanhydraten, die als gevolg van deze effecten ontleden. De huidige studie is een voorbeeld van de complexe terugkoppelingen en tijdschalen die klimaatveranderingen in het mariene milieu veroorzaken en is daarom zeer geschikt om de verwachte gevolgen van de huidige snellere opwarming van de aarde in te schatten, vooral op de Arctische gashydraatafzettingen.

Cruiseleider Gerhard Bohrmann vat samen:"Aan het einde van het SUGAR-3-programma, de boorcampagne met MeBo200 in de Zwarte Zee heeft ons eens te meer duidelijk gemaakt hoe snel de methaanhydraatstabiliteit in de oceaanafzettingen ook verandert met omgevingsfluctuaties."