1번 글에서 설명한 가속 지구 온난화는, 이로 인해 불안정해질 수 있는, 북극에 매장된 불안정한 메탄 하이드레이트가 방출되면서, 메탄에 의한 급속 지구 온난화 효과로 이어질 수 있다.

오래된 해양 퇴적층에서 채취한 시료는 지난 수천 년에 걸쳐 일어난 기후 변화를 되짚어보는 데 사용돼 왔다. 퇴적층의 다양한 해양 조개류 화석 잔해를 분석함으로써, 해수 온도 변화 및 조개류가 살고 매장된 당시의 대기 중 이산화탄소 수치를 알 수 있다. 이들 조개류는 지금도 그렇듯, 당시 서식하던 해수에 녹아 있는, 대기 중의 이산화탄소에서 나온 탄소를 함유한다.

이런 기록을 볼 때 장기간의 기온 상승 및 하강에 더해 지구의 온도가 상당히 빨리 상승했던, 지질학적으로 불과 몇 백 년에 해당하는 짧은 시대가 있었던 듯하다. 이 짧은 시기에 기존의 장기적인, 5에서 7도의 기온 상승에 더해 최대 섭씨 8도까지의 추가 상승이 발생, 지금보다 최대 섭씨 15가 높았던 것으로 보인다. 그 기간 후 다시 장기적인 기온 상승 및 하강 추세를 보였는 바, 그 급속한 기온 상승 및 하강 기간은 수백 년에 불과했다.

그 짧은 기간 중에 그렇게 급속한 지구온난화를 야기한 가장 유력한 원인은 메탄의 대기 중 방출이다. 메탄은 온실가스로서 이산화탄소보다 60배나 강력하지만 약 10년간 대기 중에 남아 있기에 100년간 존재하는 이산화탄소에 비해 온실가스로서의 효과를 빠르게 상실한다. 이산화탄소는 급속한 온난화를 이룰 만큼 충분한 양이 발생하지 않을 것이며, 이산화탄소가 원인이라면 급속한 기온 상승은 훨씬 더 오래 지속될 것이기 때문이다.

메탄 하이드레이트는 오늘날 전세계에 광범위하게 존재한다. 메탄 하이드레이트는 불안정한 물 친화 퇴적물에 저장된 메탄으로, 주변 조건이 변하면 메탄을 방출한다. 이는 아마존 델타 같은 큰 강의 삼각주나 멕시코만 같은 오래된 삼각주 지역에서 발생한다. 큰 하천은 식물을 포함하는 침적토 수백만 톤을 운반하는데, 그 식물질은 삼각주에 퇴적한 뒤에도 계속 썩는다. 이런 무산소 부패로 발생한 메탄은 메탄 하이드레이트 형태로 침적토에 갇히는데, 수온과 압력이 변하면 다량의 메탄이 매우 빠르게 방출될 수 있다.

또 다른 형태는 얼음물로 언 메탄 하이드레이트로, 얼음물에 갇혀 있다가 온도가 상승하거나 얼음에의 압력이 낮아지면 메탄을 방출한다. 언 상태의 메탄 하이드레이트는 메탄 자체의 부피보다 170배나 많게 메탄을 함유한다. 이런 언 형태의 하이드레이트는 북극해의 해저 퇴적층에 존재한다.

메탄은 얼지 않은 식물질 층 위에 형성된 영구동토층에 의해 갇혀 있을 수도 있는데, 식물질은 부패하면서 메탄을 생성하고, 이는 위의 영구동토층에 의해 빠져나가지 못한다. 영구동토층이 녹으면 아래 층에 함유된 메탄이 대기로 빠져나간다. 북반부에는 광범위한 영구동토층이 있으므로, 지구온난화로 영구동토층이 녹으면 갇혀 있던 메탄이 방출될 소지가 매우 크다.

5천 5백만년 전의 지질학 기록에 바탕한, 이러한 급속한 기온 상승 및 하강 가설을 보면, 자연적인 원인에 의한 점차적인 지구온난화는 평균보다 섭씨 5도에서 7도 기온이 높다 (예를 들어, 오늘날의 온도보다 그 정도 높다).

이렇게 되면 메탄 하이드레이트 층 내의 메탄이 대기로 방출되기 시작하고, 이는 온난화 속도를 가속시킨다. 이는 더 큰 온난화로 이어지고, 이는 더 많은 메탄 방출로 이어진다. 기온이 상승하면 다양한 형태의 메탄 퇴적물이 방출을 시작할 것이고, 지구 온난화가 세계의 다른 지역에 영향을 주면서, 방출된 메탄이 온난화로, 온난화는 세계 다른 지역의 메탄 퇴적물로부터 메탄을 더 방출시키는 순환 고리가 이뤄질 것이다.

북극 빙상에서 나오는 것으로 보이는 메탄 연기를 포착한 흥미로운 사진이 있는데, 이는 위에 설명한 현상이 실제로 발생할 수 있음을 보여준다. 또한 원유 시추 중에 하이드레이트 매장층에서 우연히 대규모 메탄이 방출된 사건도 있었다. 버뮤다 삼각지대에서 선박이 실종되는 이유를 설명하는 가설 중 하나로, 갑작스런 메탄 방출로 해수의 부력이 감소돼 배가 침몰한다는 것이 있다.

그럼 메탄이 오늘날에 위협이 되는가? 상황을 짚어보자. 전세계엔 메탄 하이드레이트와 영구동토층이 광범위하게 존재한다. 화석 연료 연소에 의해 대기 중에 이산화탄소가 계속 증가되어 지구온난화 가속이 시작되는 단계에 있다는 증거가 있다. 이미 진행된 지구온난화 효과에서 피드백한 최근의 컴퓨터 예측 모델에 의하면, 늦어도 2050년 경부터는 탄소를 제거하는 역할을 하는 아마존 열대우림이 그 효과를 상실하게 될지 모른다고 한다.

이는 2100년까지는 5도에서 8도의 기온 상승을 가져올 수 있다. 이는 알려지지 않은 분야라, 현재로서는 세계 환경이 어떻게 변할지는 아무도 모르지만, 지질학적 과거에서 가져온 증거는 있다. 이런 증거에 바탕하면, 일단 시작되면 지구온난화가 가속되는, 메탄 방출로 이어질 수 있다. 이는 최악의 상황인데, 한번 시작하면 메탄에 의한 급속 지구 온난화를 멈출 방법이 없기 때문이다. 화석연료로부터의 이산화탄소 방출을 감소시킬 순 있지만, 메탄 방출은 일단 시작되면 멈출 수 없다. 거대한 자연의 힘이 이 세상을 변화시킬 것이다. 이는 남극 얼음층이 녹아 해수면이 50미터까지 상승하고, 그럼 세계 기후는 완전히 변화될 것이다.

그럼 어떻게 해야 할까? 좀 더 신중해지고, 위에 열거된, 서로 연관된 사건들이 일어나지 않게 해야 한다. 그러려면 지금부터 전체 이산화탄소 배출량을 줄이고, 아마존의 열대우림 같은 탄소 제거 지대를 보호하는 조치를 취해야 한다.
이 글은 다음 100년에 걸쳐 이산화탄소에 의한 지구온난화로부터 야기될 시나리오를 설명한 연재 중 세 번째였다. 지금과 같은 많은 화석연료를 계속 사용한다면, 가까운 미래에, 막을 수 없는, 메탄에 의한 급속 지구온난화를 야기할 위험에 처한다. 지금 당장 절대적으로 이산화탄소 배출을 획기적으로 줄여야 그 위험을 피할 수 있으며, 그렇기에 당장 수소 연료가 필요한 것이다.

Runaway Methane Global Warming

The accelerated global warming described in article 1 could lead to a runaway methane global warming effect due to the release of methane currently trapped in unstable methane hydrate deposits in the arctic that could be destabilised by accelerated global warming effects.

Core samples taken from old ocean sediment layers have been used to trace back in time the climate changes that have occurred over the past tens of millions of years. By analysing the incidence of different fossil shell remains of sea creatures occurring in these sediments it is possible to track the changes in the sea water temperatures and levels of atmospheric CO2 occurring at the time the shells were formed and deposited. These shells contain carbon from the CO2 in the atmosphere which was dissolved in the sea water in which the creatures lived just as takes place today.

From these records it appears that there have been short periods of only a few hundred years in the geological past when rapid increases of the Earth's temperature have occurred superimposed on top of the rise and fall of average temperatures over the longer term. For these short periods temperature rises of up to 8 degrees centigrade appear to have occurred on top of existing long term rises of 5 to 7 degrees to give temperatures up to 15 degrees centigrade warmer than today. Temperatures then fell back to the long term trend, the whole rise and fall only lasting a few hundred years.

The most likely cause of this rapid global warming over such a short period is the release of methane into the atmosphere. Methane is 60 times more powerful than CO2 as a greenhouse gas but only remains in the atmosphere for about ten years and so looses it's greenhouse effect quickly compared to CO2 which remains in the atmosphere for 100 years. CO2 would not be available in sufficient quantities to achieve the rapid warming and if CO2 was the cause then the raised temperatures would last a lot longer.

Methane hydrates occur extensively today all over the world. They consist of methane stored within unstable water bound deposits that if disturbed release the methane. They occur in major river deltas such as the Amazon delta and in old delta areas such as the Gulf of Mexico. Major rivers carry millions of tons of silt containing vegetable matter that continues to decay after the silt is deposited in the river delta. This anaerobic decay produces methane which gets trapped in the silt as methane hydrates until the conditions of water temperature and pressure change which can release the methane in vast quantities very quickly.
 
Another form is a frozen slush/ice methane hydrate where the methane is trapped in an ice/water mixture which releases the methane when it warms up or the pressure on the ice is reduced. Frozen methane hydrates can contain 170 times their own volume of methane. These frozen hydrates occur in the seabed deposits of the Arctic Ocean.

Methane can also be trapped by permafrost layers which over-lay lower unfrozen layers of vegetable material that is decaying and producing methane which remains trapped by the frozen permafrost on top. If the permafrost layer were to melt then the methane in the layers below would escape into the atmosphere. Given the vast areas of permafrost in northern latitudes there is a significant potential for methane to be trapped that would be released if the permafrost melted as a result of global warming.

The theory for these rapid rises and falls of temperature, based on the geological records from 55 million years ago, is that gradual global warming due to some natural cause had resulted in temperatures 5 to 7 degrees centigrade higher than average ( i.e. higher than today's temperatures).

At this point methane trapped in methane hydrate deposits started to be released into the atmosphere and accelerated the rate of warming. This would result in further warming releasing more methane. As the atmosphere warmed different types of methane deposits would start to be released and so a cycle of methane release leading to increased warming leading to more methane release from other areas of methane deposits elsewhere in the world would become established as global warming effected different areas of the world.

There is an intriguing photograph of what appears to be a methane plume coming up out of the Arctic ice sheet which indicates that the phenomenon described above can occur. There have also been incidences of oil drilling inadvertently triggering large releases of methane from hydrate deposits. One theory to explain the loss of ships in the so called Bermuda triangle is that they have been engulfed in a sudden methane release which reduces the buoyancy of the sea water so that the ship sinks.

So, does methane pose a threat today? Let us review the situation. We know there are extensive methane hydrate and permafrost deposits all around the world. We have evidence that we are at the beginning of a period of global warming that is probably being made worse by the continuing build up of CO2 in the atmosphere due to fossil fuel burning. Recent computer modelling incorporating the feed back effects of global warming that has already occurred suggests that by about 2050 we may start to loose the beneficial effects of the Amazon rain forest as a carbon sink.

This could lead to temperature rises of 5 to 8 degrees centigrade by 2100. This would be uncharted territory and no one really knows at present how the world's environmental systems would change but we now have the evidence from the geological past. On the basis of this evidence global warming can lead to methane releases which once started would escalate. This would be the worst possible thing to happen because once started there would be no way of stopping a runaway methane global warming event. We CAN reduce our CO2 emissions from fossil fuels but we COULD NOT reduce methane emissions once they started, huge natural forces would take over and change our world. This would probably result in the melting of the Antarctic icecap which would raise sea levels by 50 metres and would completely change the climates of the world.

So what should we do? We should be careful and not risk starting the sequence events described above. To do this we must reduce total CO2 emissions from now onwards and take measures to protect carbon sinks such as the Amazon rainforest.
This is the third of this series of articles describing scenarios resulting from CO2 induced global warming over the next100 years. If we all carry on burning so much fossil fuel as we do now we will be running the risk of starting an unstoppable runaway methane global warming event within the foreseeable future. Only major absolute reductions in CO2 emissions NOW will avoid this risk, hence the need for Hydrogen NOW!

Source:www.hydrogen.co.uk