Een team van Skoltech-onderzoekers heeft een reeks van drie artikelen gepubliceerd over verschillende aspecten van hoe zout uit het oceaanwater en andere zouten doordringen in bevroren grond die gashydraten bevat - ijsachtige kristallen bestaande uit water en gas, meestal methaan. Deze zogenaamde zoutmigratie beïnvloedt de snelheid waarmee permafrost smelt naarmate de opwarming van de aarde vordert. Rekening houden met dat proces is daarom noodzakelijk voor nauwkeurige modellering van klimaatverandering. De onderzoeksresultaten worden gerapporteerd in artikelen van 27 juni en 9 juli in het tijdschrift Geosciences , en in het artikel van 5 juli in Energy &Fuels .

"De momenteel gebruikte wiskundige modellen van natuurlijke en door de mens veroorzaakte permafrostdegradatie hebben de neiging om zoutmigratie te verwaarlozen", merkte hoofdonderzoeker Evgeny Chuvilin van Skoltech, de hoofdonderzoeker van het project, op. "Maar zowel de natuurlijke inname van oceaanzout als de chemische oplossingen die bij het boren van putten worden gebruikt, verlagen de temperatuur waarbij permafrost begint te smelten, waardoor de afbraak ervan versnelt. Er moet dus rekening worden gehouden met zoutmigratie, en dit is precies waarom we het bestuderen tot in de kleinste details."

Een van de drie artikelen onderzoekt hoe de druk die wordt uitgeoefend op bevroren grond tijdens zoutmigratie de afbraak van hydraatvrije en hydraatverzadigde permafrost beïnvloedt (beide soorten bevatten ook ijs en resterend niet-bevroren water). Experimenten met modelgrond, die de andere factoren die van invloed waren op de overdracht van zoutionen, beheersten, gaven aan dat stijgende druk geen significant effect had op de zoutmigratie in - en de afbraaksnelheid van - hydraatvrije permafrost. Toen de grond echter eenmaal verzadigd was met hydraten, beïnvloedde hun aanwezigheid de zoutdiffusie en dergelijke permafrost bleek zeer gevoelig voor drukvariaties. Het verlagen van de druk leidde namelijk tot snellere zoutmigratie en het verhogen van de druk verminderde de ionenoverdrachtssnelheid, waardoor het ontdooien vertraagde.

In een ander onderzoek hield het team rekening met drie andere factoren die mogelijk van invloed zijn op hetzelfde proces:omgevingstemperatuur, zoutconcentratie en de chemische samenstelling van het zout. Het experiment toonde aan dat bij steeds lagere temperaturen (alleen het bereik onder nul werd beschouwd) de zoutmigratie in toenemende mate vertraagd werd. Hoewel dit effect over het algemeen te verwachten was, is dit de eerste keer dat de omvang ervan kwantitatief is ingeschat op bevroren bodemmonsters. Ook hadden de ionen bij hogere zoutconcentraties minder tijd nodig om in de bodem door te dringen. Wat de zoutsamenstelling betreft, was de migratie actiever voor chloriden dan voor sulfiden, en er werd ook waargenomen dat het langzamer ging in de volgende progressie, beginnend met het meest "mobiele" metaalion magnesium, tot natrium, calcium en tenslotte kalium bij de langzamere einde van het spectrum.

Ten slotte omvatte het derde onderzoek het omringen van het kubieke monster met een aantal temperatuursensoren om te detecteren hoe de ruimtelijke verdeling van temperatuur in de bevroren bodem veranderde als gevolg van zoutmigratie. Naarmate het experiment vorderde, ontstond een niet-uniform temperatuurveld. De reden hiervoor is dat de gebieden waar het zout al is binnengedrongen, eerder beginnen te ontdooien en dat ontdooien warmte verbruikt. Dit effect is meerdere malen sterker voor de met hydraat verzadigde permafrost, die te maken heeft met de ontleding van gashydraat onder zoutmigratie. Het verkoelende effect treedt sneller in en het oorspronkelijke temperatuurveld heeft meer tijd nodig om te herstellen.

"De bevindingen van onze experimentele modellering bieden een nieuw perspectief op de processen die betrokken zijn bij intrapermafrost gashydraatdissociatie onder de omstandigheden van zoutmigratie en de bijdrage van zoutmigratie aan permafrostdegradatie in het licht van de klimaatverandering op aarde," concludeerde Chuvilin. + Verder verkennen

Studie laat zien hoe permafrost methaan afgeeft in het opwarmende Noordpoolgebied