Há uma enorme quantidade de metano (CH₄) na terra congelada num tipo de gelo chamado hidrato de metano. Hidratos podem formam com quase qualquer gás e consiste de uma 'gaiola' de moléculas de água que envolvem o gás. (O termo 'clatratos' descreve em um amplo sentido os sólidos consistindo de gases que estão aprisionados dentro de qualquer tipo de gaiola enquanto hidrato é o termo específico para quando a gaiola é feita de moléculas de água). Há hidratos de CO₂ em Marte, enquanto na Terra maiorias dos hidratos estão cheio de metano. Maioria desses estão em sedimentos do oceano, mas alguns estão associados com as camadas de terra congelada.

Hidratos de metano iriam parecer intuitivamente por ser o mais precário das coisas. Hidrato de metano derrete se este ficar muito quente, e flutua na água. Metano é um poderoso gás do efeito estufa, e degrada em CO₂, outro gás do efeito estufa que acumula na atmosfera como combustível fóssil CO₂ faz. E há muito disso, possivelmente mais do que os depósitos tradicionais de combustível fóssil. De modo concebível,mudança climática poderia afetar essas depósitos. Então o que sabemos do potencial filme de catástrofe dos hidratos de metano?

Hidratos do oceano. Maioria do hidrato de metano está nos sedimentos do oceano. Disso, maioria é o que pode ser chamado de depósitos do tipo estratigráfico. Carbono orgânico do plâncton está enterrado durante milhões de anos. Centenas de metros abaixo do chão do mar, bactéria produz metano do plâncton morto. Se o metano é produzido rapidamente o suficiente, algum disso congelará em hidratos de metano. Esse tipo de depósito contêm centenas de gigatoneladas de carbono como o metano [Buffett e Archer, 2004; Milkov, 2004]. Para comparação, o mais abundante tipo de combustível fóssil tradicional é carvão, que é tipicamente atribuído com cerca de 5000 Gton C [Rogner, 1997].

 Às vezes o metano move ao redor na terra, e recolhe em algum lugar, formando o que são chamados de depósitos de hidrato estrutural. O Golfo do México, por exemplo, é basicamente uma goteira do campo de petróleo [MacDonald et al., 2005]. Uma implicação do gás movendo ao redor e fundindo assim é que a concentração de hidrato pode ser mais alta, até para o ponto do qual eles chamam de depósitos massivos, blocos de quase puro hidrato. A segunda linha inferior é que o hidrato pode ser encontrado muito mais próximo do solo oceânico, e até no fundo do mar.

Hidratos derretem se ficarem muito quente. O oceano é frio o suficiente numa profundidade que abrange de 500 metros para baixo (200 metros no Ártico). Abaixo do solo oceânico, a temperatura aumenta com a profundidade, junto com o gradiente térmico geotérmico. Na mesma profundidade isso torna muito quente para hidrato, então o hidrato derrete se este está enterrado mais profundo do que essa profundidade. Há freqüentemente uma camada de bolhas debaixo da zona de estabilidade do hidrato. As bolhas refletem o som das ondas sísmicas, e aparecem claramente na análise sísmica ao redor do mundo [Buffett, 2000]. Colinas e vales de camada de bolhas seguem colinas e vales de solo oceânico, assim a camada é chamada um fundo que simula refletor (BSR).



Agora mais esquentar a água no topo da coluna de sedimento. No final das contas, o novo perfil da temperatura terá quase a mesma inclinação como antes, o geotérmico. A zona de estabilidade do hidrato ficará mais fino com um aumento na temperatura da coluna de sedimento.

A coisa importante a notar é que este fica mais fino da base, não do topo. Hidrato na base da zona original de estabilidade encontra-se derretendo. 

Se a zona de estabilidade ainda existe, este estará mais raso na coluna de sedimento do que as recentemente liberadas bolhas de metano, e então isso poderia agir como um condensador secundário para evitar o liberado gás metano de escapar. Porém, estudos sísmicos mostram freqüentemente "zonas de massacre" onde o BSR está perdido, e toda a estrutura da camada da coluna de sedimento acima do perdido BSR está alisado. Esses são acreditados a serem áreas onde o gás tem irrompido a estrutura do sedimento para escapar para o oceano [Wood et al., 2002]. Uma teoria é que mais migração de fluído carrega esse calor, impedindo o metano de congelar conforme este viaja através da zona nominal de estabilidade. O sedimento da superfície do oceano do mundo tem buracos nisso chamado de pockmarks [Hill et al., 2004], interpretado o que essas explosões de gás parecem ser da superfície.


E é a possibilidade de deslizamento. Quando hidratos derretem e produzem bolhas, há um aumento no volume. A idéia é que as bolhas poderiam levantar os grãos de um ao outro, desestabilizando a coluna de sedimento. O maior deslizamento submarino conhecido está fora da costa da Noruega, chamado Storegga [Bryn et al., 2005; Mienert et al., 2005]. O desmoronamento escavou em média o topo 250 metros de sedimento sobre uma faixa de centenas de quilômetros distante, esticando metade do caminho da Noruega à Groenlândia. Houve desmoronamentos parecidos na margem norueguesa a cada aproximadamente 100 kyr, síncrono com os ciclos glaciais[Solheim et al., 2005].

O último ocorreu 2-3 kyr anos depois que a zona de estabilidade diminuiu devido ao aumento da temperatura da água [Mienert et al., 2005], cerca de 8150 anos atrás. O desmoronamento começou algumas centenas de metros de profundidade da água fora do talude continental, onde Mienert calcula a máxima mudança em HSZ. A área do deslizamento Storegga contêm hoje depósitos de clatrado de metano como indicado por um BSR sísmico correspondendo a base de HSZ a 200-300 metros, e pockmarks indicando a expulsão de gás do sedimento.

Porém, existe também outra hipótese aparentemente plausível para Storegga, que não envolve hidratos de nenhuma maneira. Essa é a rápida acumulação de sedimento glacial derramado pela placa de gelo Fennoscandian [Bryn et al., 2005]. Rápido carregamento de sedimento cai na armadilha do poro de água na coluna de sedimento mais rápido do que este pode ser expelida pelo aumento da carga de sedimento. Em algum ponto, a coluna de sedimento flutua na sua própria água do subterrâneo. Esse mecanismo tem a capacidade de explicar por que a margem continental Norueguesa, de todos os lugares no mundo, deveriam ter deslizamentos síncromos com mudança do clima.

O deslizamento de Storegga gerou um tsunami no que está agora o Reino Unido, mas este não aparecer ter tido quaisquer conexões climática. Esta não era uma perda catastrófica da quantidade de metano. O volume que o sedimento moveu era de cerca de 2500 km³. Supondo 1% de hidrato por poro de volume de água foram liberados em média o volume do deslizamento, você obtêm uma liberação de metano de cerca de 0.8 Gton de C. Mesmo se todo o hidrato torná-lo para a atmosfera, este teria tido um pequeno impacto climático do que uma erupção vulcânica (Eu calculei o impacto do metano no orçamento radioativo aqui).
 
Realmente, a verdade é dita, o deslizamento de Storegga ocorreu fantasmagórico perto no tempo para o evento climático 8,2k, mas não apareceu ser qualquer conexão. O evento 8,2k foi um século de intervalo frio, o mais provável em resposta a liberação de água fresca da Glacial Lake Aggasiz para o Atlântico Norte e foi coincidente com o pingo de ~75 ppbv em metano, não um aumento.

Metano pode deixar o sedimento em três possíveis formas: dissolvida, bolhas, e hidrato. Metano dissolvido é quimicamente instável na coluna de água óxida do oceano, mas este tem um tempo de vida de décadas (mais curtas em ambientes de alto fluxo) [Valente et al., 2001], então se o metano é liberado superficial o suficiente no oceano, este tem uma boa chance de escapar para atmosfera. Bolhas de metano são tipicamente capazes de subir apenas centenas de metros antes que se dissolvam. Hidratos flutuam na água como gelo normal flutua na água, carregando metano para a atmosfera muito mais eficientemente do que bolhas [Brewer et al., 2002].

Para maioria das partes do oceano, derretimento de hidratos é um lento processo. Este leva décadas para aquecer a água 1000 metros abaixo no oceano, e mais séculos para difundir esse calor abaixo do sedimento onde a base da zona de estabilidade está. O Oceano Ártico pode ser um caso especial, por causa da mais rasa zona de estabilidade devido a coluna de água mais fria, e porque aquecimento é esperado ser mais intenso em altas latitudes.

Camada de terra congelada. Você pode ter lido sobre a camada de terra congelada no jornal muito ultimamente. Solos da camada de terra congelada são definidos como aqueles que ficaram congelados durante o ano todo (na verdade, a definição técnica é um solo que tem sido congelado durante os últimos dois anos). Há às vezes uma zona próxima a superfície do sedimento que derrete no verão. Na literatura da camada de terra congelada, essa zona é chamada de zona ativa, e tem sido observado para estar ficando maior com o tempo [Sazonova et al., 2004]. Derretimento da superfície dos solos é uma das razões do por que a alta latitude do Ártico é esperado ser uma parte da superfície da terra que responde mais dramaticamente a mudança climática. [Bala et al., 2005].
 
A outra razão é que as mudanças da temperatura são mais dramáticas em altas latitudes do que a média global, especialmente altas latitudes do norte. Houve um riacho de relatórios de anedota sobre os efeitos do derretimento das camadas de terra congelada na paisagem do Ártico, construções inclinadas e "florestas ébrias" próximas de Fairbanks, por exemplo [Pearce, 2005; Stockstad, 2004]. Muitos dos oleodutos estão ancorados nos solos da camada de terra congelada. 

Hidratos são associados às vezes com depósitos da camada de terra congelada , mas não muito próxima a superfície do solo, por causa da condição por alta pressão. O outro fator que determina se você encontrar hidrato é a permeabilidade dos solos. Às vezes congelamento, águas subterrâneas fluindo criam uma camada de gelo fechada no solo, que pode elevar a pressão no espaço do poro abaixo. Hidrato em um centro da camada de terra congelada [Dallimore and Collett, 1995] foi relatada abaixo das camadas de gelo fechada. Lagos foram relatados por drenarem de repente enquanto alguma superfície de camada de gelo fechada está aparentemente rompido.
O grande pai das camadas de superfície de gelo fechada é uma estrutura muito grande na Sibéria chamada de complexo de gelo. [Hubberten and Romanovskii, 2001].
 

Os mais importantes meios de correr o complexo de gelo é lateralmente, por um processo de erosão de degelo chamado erosão thermokarst [Gavrilov et al., 2003]. A camada de gelo é exposta à água aquecida do oceano. Conforme o gelo derrete, a terra desmorona, expondo mais gelo. A costa norte da Sibéria está se desgastando por milhares de anos, mas taxas estão acelerando. Ilhas inteiras desapareceram no tempo histórico [Romankevich, 1984]. Concentrações de metano dissolvido na plataforma siberiana alcançaram 25 vezes mais alta do que a saturação atmosférica, indicando a fuga de metano da erosão costeira para a atmosfera [Shakhova et al., 2005]. Quantias totais de hidrato de metano nos solos da camada de terra congelada são muito pobremente conhecidos, com estimativa abrangendo de 7.5 à 400 Gton C (estimativa compilada por [Gornitz and Fung, 1994]).

O Futuro. O interessante cenário do filme de catástrofe seria uma liberação de metano suficiente para mudar significantemente a concentração atmosférica, numa escala de tempo que é rápido comparado com a existência do metano. Isso geraria um aumento na concentração de metano. Para uma escala de quanto seria uma grande liberação de metano, a quantia de metano que seria exigida para igualar a força radiativa do dobrado CO2 seria cerca de dez vezes a concentração de metano presente. Isso seria filme catástrofe. Ou, a diferença entre o pior caso do cenário do IPCC e o melhor concebível ‘cenário alternativo’ em 2050 é apenas cerca de 1 W/m2 meia instabilidade  de energia radiativa. Uma força radiativa nessa ordem de metano o tornaria provavelmente impossível de permanecer abaixo de um 'perigoso' nível de 2 graus acima do pré-industrial. Eu calculei aqui que isso tomaria cerca de 6 ppm de  metano para obter 1 W/m2 no decorrer do dia presente. Uma concentração de metano de 6 ppm seria um desastre no mundo real.

A atmosfera contem atualmente cerca de 3.5 Gton C como metano. Uma liberação instantânea de 10 Gton C nos chutaria acima de 6 ppm. Isso é provavelmente uma ordem de magnitude maior do que quaisquer catástrofes que alguém tem proposto.

Desmoronamento libera talvez uma gigatonelada e explosões pockmark consideravelmente menos. Hidratos da camada de terra congelada estão derretendo, mas ninguém acha que eles estarão explodindo tudo de uma vez. Há um evento documentado nos sedimentos de 55 milhões de anos atrás chamado de Paleoceno Eoceno Máximo Termal, durante o qual (supostamente) vários milhares de Gton C de metano foram liberados para a atmosfera e oceano, conduzindo 5° C de aquecimento da profundidade intermediária do oceano. Não é fácil compelir o quão rapidamente as coisas acontecem há muito tempo atrás, mas o melhor palpite é que p metano foi liberado durante talvez mil anos, ou seja não catastroficamente [Zachos et al., 2001; Schmidt and Shindell, 2003].

A outra possibilidade para nosso futuro é um aumento na taxa crônica de emissão de metano para a atmosfera no ano que entra, ano que sai. A avançada liberação de metano é o que fornece, e determina a concentração de, a progressiva concentração de metano na atmosfera. Dobrando a origem, e você dobraria a concentração, mais ou menos. (Um pouco mais, na verdade, porque a vida do metano aumento.) O metano é oxidável para CO₂, outro gás do efeito estufa que acumula durante centenas de milhares de anos, o mesmo como combustível fóssil CO₂ faz. Modelos de liberação crônica de metano mostram muitas vezes que a acumulação de CO₂ contribui tanto quanto para o aquecimento como faz a concentração transitória de metano.

Antropogênicas origens de metano, tais como arrozal, a indústria de combustível fóssil, e gado, mais do que dobraram a concentração de metano na atmosfera dos níveis pré-industriais. Atualmente níveis de metano aparecem estáveis, mas as razões por este relativamente recente fenômeno ainda não são claros. A quantidade de hidrato de metano na camada de terra congelada não é conhecida muito bem, mas este não tomaria tanto metano, diz que 60 Gton C liberados durante 100 anos, para dobrar o metano atmosférico de novo. Depósitos de turfa poderiam ser fontes de metano comparáveis ao derretimento do hidrato da camada de terra congelada. Quando a turfa que foi congelada durante milhares de anos derreter, este ainda contêm viáveis populações de bactérias methanotrophic [Rivkina et al., 2004] que começam a converter a turfa em CO₂ e CH₄. Não é muito difícil de imaginar 60 Gton C durante 100 anos da turfa. Mudanças na produção de metano nos pantanais e pântanos existentes devido a mudanças na chuva e temperatura também poderiam ser importantes. Hidratos do oceano também são previstos a derreterem, mas apenas lentamente [Harvey and Huang, 1995]. Locais para observar seriam parecidos ao Ártico e Golfo do México.

Então, no final, não um óbvio enredo de filme de desastre, mas uma potencial reação positiva que poderia se revelar para ser a diferença entre sucesso e fracasso em evitar a 'perigosa' antropogênica mudança climática. Isso é bastante assustador.


Submeti uma mais detalhada análise de hidratos e mudança climática para avaliação por especialista e publicação, que podem ser acessados aqui.

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Fonte:www.realclimate.org   impresso com a permissão do autor