Metan er en av de mest potente drivhusgassene som finnes, og mesteparten av gassen er lagret under verdens grunne sjøområder. Maritim teknologi som brukes for kartlegging av havbunn viser at metan jevnlig slippes ut i havet fra havbunnen – et naturfenomen som kalles metanlekkasje.

Dette er et utbredt fenomen som har eksistert i hundrevis og til og med millioner av år. Fenomenet har ikke bare en sterk forbindelse til klimaet på jorda, men også til havbunnsøkologi, undersjøiske skred og tsunamier.

Metanlekkasjene øker og minker hver dag

Det arktiske havet lekker enorme mengder av metangass. En rekke studier tyder på at lekkasjen forsterkes når isbreer smelter eller forsvinner på annet vis. Men metanlekkasje forsterkes også på daglig basis, noe som er registrert med ekkolodd-data som viser en syklisk økning og minking av intensitet av gassbobler i samsvar med daglige tidevannsendringer.

Vi har studert dette fenomenet mellom tidevann og metanutslipp ved bruk av et piezometer; et instrument som tillater måling av trykkendringer i sedimentene. Her beskriver vi eksperimentet og de fascinerende funnene vi har gjort.

Metanlekkasje utenfor Svalbards vestkyst i Framstredet

Kontinentene er i stadig bevegelse. Mens noen kontinenter beveger seg fra hverandre, krasjer andre kontinenter mot hverandre. Hvert år beveger Norge seg to centimeter lenger bort fra Grønland. Området mellom disse to kontinentene har fått navnet Framstredet, som også er den største og eneste forbindelsen til utveksling av dypvann mellom Nordishavet og Atlanterhavet.

Nordishavet oppstod takket være seperasjonen (som fortsatt pågår i dag) mellom Grønland og Norge. Ny havbunn dannes i spredningssenteret langs den midtatlantiske rygg og former en undersjøisk fjellkjede. Den ferske havbunnen består av smeltet stein (magma) som kommer opp fra jordas indre og som etter hvert blir dyttet ut mot eldre materiale mot kontinentalsoklene (området mellom fast land og midthavryggen). På ferden mot kontinentalsoklene kjølnes den nye havbunnskorpa, blir forsteinet og sprekkes opp ettersom den utsettes for trykk og krefter fra den stadig voksende midthavsryggen.

Kontinentalsoklene, som enten er dekket av is slik som på Grønland er i dag eller som Svalbard var for noen tusen år siden, er mer utsatt for deformasjon. Det er fordi tyngden av isen som ligger eller nylig har ligget på disse kontinentene har ført til nedtrykking. Ettersom isen forsvinner (som på Grønland) eller har forsvunnet (som på Svalbard), er områdene i ferd med å bøye seg tilbake til sin opprinnelig tilstand. Alle disse kreftene leder til sprekkdannelser i sedimentene, som kan utgjøre viktige transportruter for metangass mellom dypere og grunnere sedimenter.

Et naturlig laboratorium

Framstredet er et naturlig laboratorium for forståelse av jordens havstrømmer, globalt klima, platetektonikk, samt å studere fenomenet metanlekkasje.

Metanlekkasje i Framstredet er oppdaget i form av karakteristiske signaler på ekkolodd-data. Ekkolodd et instrument som fungerer som et «ekko». Det vil si at instrumentet sender ut lydsignaler til havet som blir reflektert tilbake til en mottaker når den treffer noe med kontrast fra vannet, for eksempel havbunnen, fisk, eller gass-bobler som brytes ut fra havbunn. Det sistnevnte kan identifiseres på ekkolodd som noe som ligner en vertikal sky som kommer opp fra havbunn, som vi kaller et «metanbluss».

Utallige fartøy av forskjellig slag som navigerer i Framstredet har rapportert observasjoner av slike metanbluss som systematisk ligger på de samme stedene langs Svalbards kontinentalsokkel ved omtrent 80 meter, mellom 300-400 meter, og omtrent på 1200 meter vanndyp.

Videre viser geologiske, biologiske og geofysiske data bevis på tidligere metanlekkasjer på havbunnen der det ikke er observert lekkasje i dag. Dette viser at metanlekkasjen var større og mer vidstrakt i tidligere tid. Nysgjerrighet på å få vite hva som kontrollerer dette, når, og hvor mye metan som lekker, førte til oppstart av et prosjekt (SEAMSTRESS – Tectonic stress effects on Arctic methane seepage) som gjennom mange eksperimenter tar sikte på å løse dette mysteriet.

Slik gjorde vi eksperimentet

Et av de tydeligste eksperimentene så langt utførte vi ved å måle temperatur og trykkvariasjoner under havbunnen ved bruk av et piezometer. Et piezometer er et rørformet instrument som kan skyves ned i bakken for å måle trykk og temperatur på vann i jorda. Når instrumentet brukes til sjøs er røret åpent slik at sensorene er i kontakt med både vanntrykket og trykket ved et gitt dyp i sedimentene i havbunnen.

Hvis trykket i sedimentene er det samme som vanntrykket, er havvannet forbundet med vannet i sedimentene. Hvis trykket i sedimentene derimot er lavere enn det vanntrykket, så forteller det oss at en væske med lavere tetthet enn vann (for eksempel metangass i denne sammenheng) er til stede i sedimentene.

Trykket endret seg rytmisk med tidevannet

I 2019 målte vi for første gang trykket i sedimentene i en arktisk region. Vi valgte nøye ut fire steder utenfor Svalbards vestkyst, der vi skulle senke piezometeret trygt ned i sedimentene. Vi var ute etter områder med og uten tydelige «metanbluss» som kunne vise forskjeller i sedimenttrykk. Men vi slapp ikke unna det typiske lunefulle arktiske været, noe som hindret prøvetaking som planlagt. Men vi fikk samlet inn data fra to av stedene, som også viste uventede sterke kontraster og en fascinerende kobling mellom endringer i havnivå og trykk i sedimentene.

Vi lot piezometerene registrere trykk over tre dager på disse to lokalitetene. Fra begge steder kunne vi observere at trykket i sedimentene endret seg rytmisk med tidevannet. En av piezometerene traff noe som vi tror er en «slam-diapir» (som en liten slamvulkan). Slamvulkaner og diapirer formes ettersom trykket øker under havbunnen. Trykkøkningen presser vann, gass og slam oppover og til slutt bryter denne blandingen ut på havbunnen. Piezometeret viste at her er det ikke bare vann i sedimentene, men også gass som slippes ut i havet parallelt med måne-syklusen.

En sammenheng mellom tidevann og metanlekkasje fra havbunnen

I forhold til vann er metan mye mer sårbar overfor trykkendringer. Et lite trykklette på havbunnen forårsaket av lavt tidevann var nok til at gass begynte å bevege seg opp og lekke ut i havet.

Dataene som ble tatt opp av piezometeret viste at trykket gikk ned mot negative verdier samtidig som tidevannet gikk ned, noe som indikerer gass i sedimentene. Videre økte trykket når tidevannet steg, som i motsatt fall indikerer fravær av gass i sedimentene.

En syklus av trykkøkning og trykkreduksjon varte omtrent 12 timer og hadde en usedvanlig likhet med den daglige tidevannsyklusen. Vi observerte dette samspillet over en periode på tre dager. I tillegg, så vi at noen av periodene med lavt trykk/lavt tidevann samsvarer med varmere temperaturer i sedimentene, som tyder på varmere vann fra dypere nivåer i sedimentene beveget seg oppover. Dette forholdet mellom temperatur, trykk og tidevannsnivå viser at tidevannet pumper gass og vann fra flere meter under havbunn og opp til havet.

Interessant nok så var ikke disse gasspulsene synlig på ekkolodd-dataene som ble registrert samtidig over samme sted. Vi mistenker at pumping av gass forårsaket av tidevannet ikke er en regelmessig prosess men at det i hovedsak skjer når tidevannet har generert nok trykk til på sedimentene til å tvinge gass ut i havet.

Månen og havene bidrar til gassutslipp

Dette første piezometer-eksperimentet i Framstredet viser at metangassutslipp fra havbunnen kan være mye mer omfattende – som et kontinuerlig utslipp – enn tidligere antatt ved kartlegging av lekkasjestrukturer ved bruk av tradisjonelle geofysiske data.

Eksperimentet viste oss også at månen og havene bidrar til jordas rytmiske utslipp av gass. I fremtiden bør vi ta sikte på installasjon av langtidsvirkende piezometer-observasjoner for å bedre forstå og kvantifisere denne fascinerende sammenhengen mellom månen, havene og metangassutslipp fra havbunn.

Forskersonen er forskning.nos side for debatt og populærvitenskap