V roce 2014 byl v odlehlé části sibiřského poloostrova Jamal objeven obrovský kráter, který zaujal vědeckou obec i širokou veřejnost. Není divu – kráter nebyl jen obyčejnou propadlinou, ale vypadal jako následek výbuchu. Po detailním zkoumání se skutečně ukázalo, že za jeho vznikem stojí nějaký typ exploze, která má spojitost s uvolněním velkého množství metanu.
V oblastech, jako je Jamal či poloostrov Tajmyr, se nachází permafrost – vrstva půdy, která zůstává trvale zmrzlá. Pod zemí se pak na některých místech nachází metan vázaný ve formě metan hydrátu, což jsou pevné krystalické struktury vody a metanu. Tyto hydráty jsou stabilní pouze při nízkých teplotách a vysokém tlaku. Problém nastává, když permafrost začne kvůli oteplování klimatu rozmrzat.
Metan hydrát a osmotický tlak
Metan hydrát je tuhá bílá látka podobná ledu. Někdy je označován jako „hořlavý led“, protože při zahřátí uvolňuje metan, který po zapálení hoří. Dříve se předpokládalo že podmínky pro jeho vznik jsou jen na hranici sluneční soustavy, kde panují nízké teploty. Později byl však objeven i na Zemi pod sedimenty na dně moří a v trvale zmrzlé půdě v arktických oblastech, a dokonce i v Černém moři v místech, kde se teplota vody pohybuje kolem 12 °C.
Tím, jak se povrchová teplota zvyšuje, se mění dynamika podzemní vody. Roztátá voda ze svrchních vrstev začíná pronikat hlouběji do permafrostu, kde může narazit na tzv. kryopegy – vrstvy solných vodních roztoků, které vznikly z dávných mořských usazenin. Ty díky vysoké koncentraci soli nezamrzají ani v mrazivých podmínkách, což může vést k překvapivým důsledkům.
Záhadné explozivní procesy, které vedou ke vzniku kráterů, jsou nově spojovány s osmotickým tlakem. Tento jev, který známe například z biologie (když buňky přijímají vodu), může v případě permafrostu způsobit mechanické praskání půdy. Jak se voda ze svrchní vrstvy tlačí směrem dolů ke kryopegům, vytváří tlak na okolní vrstvy.
Pozůstatky doby ledové
Kryopegy, tedy solné kapsy ukryté hluboko v permafrostu, hrají v těchto explozivních procesech klíčovou roli. Vznikly během doby ledové, kdy se moře stáhla a zanechala za sebou zbytky solného roztoku. Tyto roztoky díky vysoké koncentraci soli nezamrzají, ačkoli jsou obklopeny zmrzlou půdou. Jakmile se však do kryopegů začne dostávat voda z tajícího povrchu, zvyšuje se v nich tlak, což může vést k explozivnímu uvolnění metanu.
Kráter
Pokud se tento tlak zvyšuje dostatečně dlouho, může dojít k prasknutí půdní vrstvy nad kryopegem, což vede k destabilizaci metanových hydrátů. Když dojde k náhlému snížení tlaku, hydrát se rozpadne na vodu a metan, a ten je následně prudce uvolněn do atmosféry. Tento proces může proběhnout velmi rychle, přičemž následuje výbuch, který vytvoří kráter.
Metan je sám o sobě vysoce výbušný plyn, ale co je ještě důležitější – jedná se o silný skleníkový plyn. Ve srovnání s oxidem uhličitým má metan více než 25× silnější schopnost zachycovat teplo v atmosféře. Jakmile je tedy uvolněn do atmosféry, přispívá k oteplování, což může způsobit další tání permafrostu a uvolnění ještě většího množství metanu. Tento jev je znám jako pozitivní zpětná vazba, která může vést k dalším neřízeným změnám klimatu.
Nevíme, v jaké míře se to děje
Jedním z největších otazníků, který stále trápí vědce, je četnost těchto explozí. Odborníci se domnívají, že explozivní procesy jsou poměrně vzácné, ale pokračující oteplování Arktidy může zvýšit jejich frekvenci. Zatím byly objeveny desítky kráterů, které vznikly tímto způsobem, a stále se objevují nové. Vzhledem k rozsáhlosti sibiřských permafrostových oblastí se dá předpokládat, že další krátery na své objevení teprve čekají.
Ačkoli výbuchy v oblasti permafrostu nejsou zatím masovým jevem, jejich potenciál je vážný. Změny klimatu způsobují nejen tání permafrostu, ale i prodlužování období, kdy povrchová vrstva roztává, což znamená, že více vody může pronikat hlouběji a zvyšovat tlak v kryopegách. Vědci nyní zkoumají, kolik kryopegů v těchto oblastech existuje a nakolik jsou stabilní.
Podle studie může oteplování klimatu zvýšit četnost těchto explozivních událostí. Jamal a Tajmyr nejsou jedinými regiony, kde jsou podmínky vhodné pro tento jev. Exploze permafrostu byly pozorovány také pod mořským dnem a způsobily podobné krátery. Pokud bude pokračovat globální oteplování, pak je možné, že se explozivní uvolňování metanu může stát v arktických oblastech běžnějším jevem.
Výsledky vědeckého bádání byly publikovány 26. září v odborném časopise Geophysical Research Letters. Toto prestižní periodikum se zaměřuje na rychlé publikování nových objevů z oblasti geofyziky a přírodních věd. Recenzní řízení garantuje, že publikované články dosahují vysoké vědecké kvality, jsou vědecky podložené a jsou přínosem pro další výzkum.
Zdroje: agupubs.onlinelibrary.wiley.com, gizmodo.com, cs.wikipedia.org, cs.wikipedia.org.