Methane fluxes and gas hydrates of the Kara and Laptev Seas shelves

Abstract

ПОТОКИ МЕТАНА И ГАЗОВЫЕ ГИДРАТЫ ШЕЛЬФОВ КАРСКОГО МОРЯ И МОРЯ ЛАПТЕВЫХ Худякова Екатерина Николаевна Магистерская программа «Комплексное изучение окружающей среды полярных регионов» «КОРЕЛИС» / 05.04.06 «Экология и природопользование» Научный руководитель: Алексей Алексеевич Крылов, к.г.-м.н., вед.н.с., ФГБУ "ВНИИОкеангеология", доцент, СПбГУ Научный консультант: Павел Серов, кандидат естественных наук, доктор, Арктический университет Норвегии Метан является важным компонентом атмосферного воздуха и парниковым газом, вклад в парниковый эффект которого в 25 раз сильнее, чем от углекислого газа. В связи с тем, что содержание метана в воздухе непрерывно растет с прединдустриального периода, этот факт беспокоит исследователей всего мира. Если концентрация метана продолжит возрастать, эффект глобального потепления будет все более заметен. Газовые гидраты являются одним из источников метана, которые при дестабилизации могут высвободить метан в атмосферу и, тем самым, содействовать изменению климата. Арктический регион обладает благоприятными условиями для формирования газовых гидратов из-за низких придонных температур. Повышение температуры воды, вследствие глобального потепления, может привести к высвобождению метана из газовых гидратов. Цель магистерской диссертации – оценить потенциальные потоки метана в районе распространения газовых гидратов на шельфах Карского моря и моря Лаптевых. Для выполнения данной цели необходимо определить мощность зоны стабильности газовых гидратов по разрезам в настоящее время и в позднем Плейстоцене, а также рассчитать количество метана, которое может быть сгенерировано микробами на основании содержания органического углерода в донных осадках. Для данных целей были выбраны 4 разреза в Карском море и море Лаптевых: 2 субмеридинальных и 2 субширотных, с 16 точками, расположенными на разных глубинах. Расчеты мощности зоны стабильности газовых гидратов были сделаны с помощью программы Hydoff (Hydrate prediction program). Расчеты потоков метана были осуществлены на основании стехиометрии реакции образования метана из органического вещества. В результате во всех точках разрезов были рассчитаны толщина, кровля и подошва зоны стабильности газовых гидратов (для четырех газовых смесей). На основании расчетов, мощность GHSZ в море Лаптевых меньше в среднем на 200 м, чем в Карском море, что говорит о ее большей степени уязвимости к полной диссоциации метана. 10 % примесь этана в составе газовых гидратов уменьшает глубину потенциального образования газовых гидратов в среднем на 100 м, а толщина зоны стабильности увеличивается в среднем на 150 м. Расчеты для периода позднего Плейстоцена показали, что мощность зоны стабильности в настоящее время больше, что вызвано повышением уровня океана и созданием дополнительного гидростатического давления. Расчёты количества метана показали, что в выбранных точках нет дополнительного глубинного источника в виде газовых гидратов, что говорит нам о их стабильности в настоящий момент времени. 15-May-2020

METHANE FLUXES AND GAS HYDRATES OF THE KARA AND LAPTEV SEAS SHELVES Ekaterina N. Khudyakova Master Program for Cold Region Environmental landscapes Integrated Science “CORELIS” / 05.04.06 Ecology and Environmental management Scientific supervisor: Dr. Alexey A. Krylov, VNIIOkeangeologia, Saint Petersburg State University Scientific consultant: Pavel Serov, PhD, UiT The Arctic University of Norway

Methane is an important component of atmospheric air and a greenhouse gas, the contribution to the greenhouse effect of which is 25 times stronger than from carbon dioxide. Because the methane content in the air has been continuously growing since the pre-industrial period, this fact worries researchers around the world. If methane concentration continues to increase, the effect of global warming will be more noticeable. Gas hydrates are one of the sources of methane that, when destabilized, can release methane into the atmosphere and thereby contribute to climate change. The Arctic region has favorable conditions for the formation of gas hydrates due to low bottom temperatures. An increase of water temperature due to global warming could lead to the release of methane from gas hydrates. The purpose of the master thesis is to assess the potential fluxes of methane in the area of distribution of gas hydrates on the shelves of the Kara Sea and the Laptev Sea. To achieve this goal, it is necessary to determine the thickness of the gas hydrate stability zone (GHSZ) from profiles at present time and in the late Pleistocene, and calculate the amount of methane, that can be generated by microbes on the basis of the organic carbon content in bottom sediments. For these purposes, four profiles were chosen in the Kara Sea and the Laptev Sea: 2 submeredional and 2 sublatitudinal, with 16 points located at different depths. Calculations of the thickness of the GHSZ were made using the Hydoff software (Hydrate prediction program). Calculations of methane flows were made with help of stoichiometric method based on reaction of methane formation from organic matter. As a result, the thickness, top and base of the GHSZ (for four gas mixtures) were calculated at all points of chosen profiles. Based on the calculations, the GHSZ thickness is lower in the Laptev Sea than in Kara Sea by an average of 200 m, which indicates its greater degree of vulnerability to methane dissociation. A 10% admixture of ethane in gas hydrates reduces the depth of potential formation of gas hydrates by an average of 100 m, and the thickness of the stability zone increases by an average of 150 m. Calculations for the late Pleistocene period showed that the thickness of GHSZ is currently greater, which is caused by an increase sea level and creating additional hydrostatic pressure. Calculations of the amount of methane, which can be generated by bottom sediments, showed that at chosen points there is no additional deep source of methane release from gas hydrates, that means their stability at present time. 15-May-2020