• Home
  • Chimica
  • Astronomia
  • Energia
  • Natura
  • Biologia
  • Fisica
  • Elettronica
  •  science >> Scienza >  >> Natura
    Un nuovo studio mostra come il metano sfonda le barriere ghiacciate sul fondo del mare

    Un nuovo studio ha risolto il mistero di come e perché le colonne di gas metano possono fuoriuscire dagli idrati di metano. Sia i tubi a bolle che le goccioline invertite sono racchiusi in idrato di gas trasparente. Credito:Immagine per gentile concessione dell'Ufficio NOAA per l'esplorazione e la ricerca oceanica, Golfo del Messico 2017.

    Metano, il principale componente del gas naturale, è la combustione più pulita di tutti i combustibili fossili, ma quando emesso nell'atmosfera è un gas serra molto più potente dell'anidride carbonica. Secondo alcune stime, il metano del fondo marino contenuto nelle formazioni ghiacciate lungo i margini continentali può eguagliare o superare la quantità totale di carbone, olio, e gas in tutti gli altri giacimenti mondiali. Ancora, il modo in cui il metano fuoriesce da queste formazioni profonde è poco conosciuto.

    In particolare, gli scienziati hanno dovuto affrontare un enigma. Osservazioni in siti di tutto il mondo hanno mostrato vigorose colonne di gas metano che gorgogliano da queste formazioni in alcuni punti, tuttavia l'alta pressione e la bassa temperatura di questi ambienti di acque profonde dovrebbero creare uno strato solido ghiacciato che dovrebbe agire come una sorta di pietra angolare, impedendo la fuoriuscita di gas. Allora come esce il gas?

    Un nuovo studio aiuta a spiegare come e perché le colonne di gas possono fuoriuscire da queste formazioni, noti come idrati di metano. Utilizzando una combinazione di osservazioni in acque profonde, esperimenti di laboratorio, e modellazione al computer, i ricercatori hanno scoperto fenomeni che spiegano e prevedono il modo in cui il gas si libera dalla morsa ghiacciata di una miscela ghiacciata di acqua e metano. I risultati sono riportati oggi sulla rivista PNAS , in un articolo di Xiaojing (Ruby) Fu SM '15, dottorato di ricerca '17, ora all'Università della California a Berkeley; il professor Ruben Juanes al MIT; e altri cinque in Svizzera, Spagna, Nuovo Messico, e California.

    Sorprendentemente, non solo la formazione di idrati congelati non impedisce al gas metano di fuoriuscire nella colonna oceanica, ma in alcuni casi facilita effettivamente quella fuga.

    All'inizio, Fu ha visto foto e video che mostravano pennacchi di metano, preso da una nave da ricerca NOAA nel Golfo del Messico, rivelando il processo di formazione delle bolle proprio sul fondo del mare. Era chiaro che le bolle stesse si formavano spesso con una crosta ghiacciata intorno a loro, e galleggiavano verso l'alto con i loro gusci ghiacciati come minuscoli palloncini di elio.

    Dopo, Fu ha usato il sonar per rilevare pennacchi di bolle simili da una nave da ricerca al largo della costa della Virginia. "Questa crociera da sola ha rilevato migliaia di questi pennacchi, "dice Fu, che ha guidato il progetto di ricerca mentre era studente laureato e postdoc al MIT. "Potremmo seguire queste bolle di metano incrostate da gusci di idrati nella colonna d'acqua, " dice. "È stato allora che abbiamo capito per la prima volta che la formazione di idrati su queste interfacce di gas può essere un evento molto comune".

    Ma esattamente cosa stava succedendo sotto il fondo del mare per innescare il rilascio di queste bolle è rimasto sconosciuto. Attraverso una serie di esperimenti e simulazioni di laboratorio, i meccanismi all'opera divennero gradualmente evidenti.

    Gli studi sismici del sottosuolo del fondo marino in queste regioni di bocche mostrano una serie di condotti relativamente stretti, o camini, attraverso cui fuoriesce il gas. Ma la presenza di pezzi di idrato di gas da queste stesse formazioni ha chiarito che l'idrato solido e il metano gassoso potrebbero coesistere, Fù spiega. Per simulare le condizioni in laboratorio, i ricercatori hanno utilizzato una piccola configurazione bidimensionale, inserire una bolla di gas in uno strato d'acqua tra due lastre di vetro ad alta pressione.

    Credito:NOAA Office of Ocean Exploration and Research

    Mentre un gas cerca di salire attraverso il fondo del mare, Fu dice, se sta formando uno strato di idratazione quando colpisce l'acqua di mare fredda, che dovrebbe bloccarne l'avanzamento:"Sta andando a sbattere contro un muro. Allora come farebbe quel muro a non impedirgli la migrazione continua?" Utilizzando gli esperimenti microfluidici, hanno trovato all'opera un fenomeno precedentemente sconosciuto, che hanno soprannominato diteggiatura crostale.

    Se la bolla di gas inizia ad espandersi, "Quello che abbiamo visto è che l'espansione del gas è stata in grado di creare una pressione sufficiente per rompere essenzialmente il guscio di idrato. Ed è quasi come se si schiudesse dal suo stesso guscio, " dice Fu. Ma invece di ogni rottura che si congela di nuovo con l'idrato riformatore, la formazione degli idrati avviene lungo i lati della bolla ascendente, creando una sorta di tubo attorno alla bolla mentre si muove verso l'alto. "È quasi come se la bolla di gas fosse in grado di tracciare il proprio percorso, e quel percorso è murato dal solido idrato, " dice. Questo fenomeno hanno osservato su piccola scala in laboratorio, la loro analisi suggerisce, è anche ciò che accadrebbe anche su scala molto più ampia nel fondo marino.

    Quell'osservazione, lei disse, "è stata davvero la prima volta che siamo stati a conoscenza di un fenomeno come questo che potrebbe spiegare come la formazione di idrati non inibisca il flusso di gas, ma piuttosto in questo caso, lo faciliterebbe, " fornendo un condotto e dirigendo il flusso. Senza quella messa a fuoco, il flusso di gas sarebbe molto più diffuso e disperso.

    Quando si forma la crosta di idrato, rallenta la formazione di più idrati perché forma una barriera tra il gas e l'acqua di mare. Il metano al di sotto della barriera può quindi persistere allo stato scongelato, forma gassosa per lungo tempo. La combinazione di questi due fenomeni - l'effetto di focalizzazione dei canali con pareti di idrati e la segregazione del gas metano dall'acqua da parte di uno strato di idrati - "va molto per spiegare perché si può avere un po' di questo vigoroso sfiato, grazie alla formazione di idrati, piuttosto che esserne impedito, " dice Juanes.

    Una migliore comprensione del processo potrebbe aiutare a prevedere dove e quando si troveranno tali infiltrazioni di metano, e come i cambiamenti nelle condizioni ambientali potrebbero influenzare la distribuzione e la produzione di queste infiltrazioni. Sebbene sia stato suggerito che un clima più caldo potrebbe aumentare il tasso di tale sfogo, Fu dice che finora ci sono poche prove di ciò. Nota che le temperature alle profondità in cui si verificano queste formazioni:600 metri (1, 900 piedi) di profondità o più, si prevede che subirà un aumento della temperatura inferiore a quello necessario per innescare un rilascio diffuso del gas congelato.

    Alcuni ricercatori hanno suggerito che queste vaste formazioni sottomarine di metano potrebbero un giorno essere sfruttate per la produzione di energia. Sebbene ci sarebbero grandi ostacoli tecnici a tale uso, Juanes dice, questi risultati potrebbero aiutare a valutare le possibilità.

    "Il problema di come il gas può muoversi attraverso la zona di stabilità degli idrati, dove ci aspetteremmo che il gas venga immobilizzato convertendosi in idrato, e invece fuggire sul fondo del mare, non è ancora del tutto compreso, "dice Hugh Daigle, professore associato di ingegneria del petrolio e dei geosistemi presso l'Università del Texas ad Austin, che non era associato a questa ricerca. "Questo lavoro presenta un probabile nuovo meccanismo che potrebbe plausibilmente consentire il verificarsi di questo processo, e integra perfettamente le precedenti osservazioni di laboratorio con la modellazione su scala più ampia."

    "In senso pratico, il lavoro qui prende un fenomeno su piccola scala e ci permette di usarlo in un modello che considera solo scale più grandi, e sarà molto utile per implementare nei lavori futuri, "dice Daigle.


    © Scienza https://it.scienceaq.com