methane hydrate trong các trầm tích đáy biển

Tác động của biến đổi khí hậu đối với methane hydrate

Một lượng lớn khí metan được lưu giữ trên khắp thế giới dưới đáy biển dưới dạng methane hydrate rắn. Những methane hydrat đại diện cho một dự trữ năng lượng lớn cho nhân loại. Tuy nhiên, khí hậu nóng lên có thể làm cho hydrat mất ổn định. Khí metan, một loại khí nhà kính tiềm năng sẽ thoát ra ngoài bầu khí quyển và thậm chí có thể đẩy nhanh sự thay đổi khí hậu.

Làm thế nào khí mêtan tích tụ trong đại dương

Người ta đã đốt than, dầu và khí tự nhiên trong hơn một trăm năm. Methane hydrate, mặt khác, vừa mới được đưa ra thảo luận gây tranh cãi như một nguồn năng lượng tiềm năng trong tương lai từ đại dương. Chúng đại diện cho một hồ chứa nhiên liệu hóa thạch mới và chưa khai thác hết. Bởi vì chúng chứa, như tên gọi, lượng methane lớn.

Là thành phần chính của khí tự nhiên. Methane hydrate thuộc một nhóm các chất được gọi là clathrates. Các chất trong đó một phân tử tạo thành một cấu trúc lồng dạng tinh thể. Bao gồm một loại phân tử khác. Nếu phân tử tạo lồng là nước, nó được gọi là hydrat. Nếu phân tử bị mắc kẹt trong lồng nước là một khí, nó là khí hydrat. Trong trường hợp này là methane hydrate.

Điều kiện hình thành Methane hydrate

Methane hydrate chỉ có thể hình thành theo các điều kiện cụ thể về thể chất, hóa học và địa chất. Áp suất nước cao và nhiệt độ thấp là điều kiện tốt nhất để tạo thành hydrat metan. Tuy nhiên, nếu nước ấm, áp suất nước phải rất cao để ép phân tử nước vào một lồng clathrate. Trong trường hợp này, hydrat chỉ hình thành ở độ sâu lớn.

Nếu nước lạnh, khí metan có thể hình thành ở những vùng nước nông, hoặc thậm chí ở áp suất khí quyển. Ở đại dương mở, nơi có nhiệt độ trung bình ở đáy nước khoảng 2 đến 4 độ Celsius. Sự hình thành Methane hydrate xảy ra ở độ sâu khoảng 500 mét.

Không có khí Metan ở những vùng biển sâu nhất

Đáng ngạc nhiên là không có khí metan ở các vùng biển sâu nhất. Những khu vực có áp lực cao nhất, có rất ít khí mêtan. Lý do là do khí mêtan trong đại dương được tạo ra bởi các vi khuẩn trong lòng biển. Nó phá vỡ chất hữu cơ bị chìm xuống từ vùng có ánh sáng mặt trời gần bề mặt. Chất hữu cơ được cấu thành.  Ví dụ, của những tàn dư của tảo chết và động vật, cũng như phân của chúng.

Ở những khu vực sâu nhất của đại dương, khoảng dưới 2000 đến 3000 mét. Chỉ có một lượng rất nhỏ các chất hữu cơ còn lại đáy. Hầu hết chúng đều bị phân hủy bởi các sinh vật khác trên đường xuống qua cột nước. Theo nguyên tắc chung, có thể nói rằng chỉ có khoảng 1% vật liệu hữu cơ được sản xuất ở bề mặt thực sự đến được vùng biển sâu.

Mêtan hydrate hay còn gọi là băng cháy
Mêtan hydrate hay còn gọi là băng cháy

Methane Hydrate chủ yếu có ở sườn lục địa

Đáy biển sâu hơn, vật chất hữu cơ ít lắng xuống phía dưới. Methane hydrate do đó chủ yếu hình thành trên các sườn lục địa. Những khu vực mà các tấm lục địa gặp các vùng biển sâu. Ở đây có đủ chất hữu cơ tích tụ ở đáy. Và sự kết hợp của nhiệt độ và áp suất là thuận lợi.

Ở những vùng rất lạnh như Bắc Cực. Khí metan thậm chí còn xuất hiện trên thềm lục địa cạn (ít hơn 200 mét chiều sâu nước). Hoặc trên vùng đất băng giá, đất Bắc Cực đông lạnh thậm chí không tan trong mùa hè.

Mêtan hydrate chủ yếu ở sườn lục địa
Mêtan hydrate chủ yếu ở sườn lục địa

Trữ lượng năng lượng của Methane hydrate

Người ta ước tính có thể có nhiều nhiên liệu hoá thạch có tiềm năng chứa trong hydrat metan. Nhiều hơn trong trữ lượng than, dầu mỏ và khí đốt cổ điển. Tùy thuộc vào mô hình toán học đã sử dụng. Những tính toán hiện tại về sự phong phú của chúng từ khoảng 100 đến 530,000 gigaton cacbon. Giá trị giữa 1000 và 5000 gigaton rất có thể. Đó là khoảng 100 đến 500 lần lượng khí thải carbon được thải vào khí quyển hàng năm bằng việc đốt than, dầu và khí đốt.

Việc khai quật tương lai của họ có lẽ sẽ chỉ tạo ra một phần của việc này như là nhiên liệu có thể sử dụng thực tế. Bởi vì nhiều khoản dự trữ không thể tiếp cận. Hoặc sản xuất sẽ quá đắt hoặc đòi hỏi quá nhiều nỗ lực. Mặc dù vậy, Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc và các nước khác hiện đang tham gia vào việc phát triển các kỹ thuật khai thác để có thể sử dụng khí mêtan như một nguồn năng lượng trong tương lai.

methane hydrate và sự nóng lên toàn cầu

Xem xét rằng khí mêtan chỉ hình thành dưới điều kiện rất cụ thể. Có thể hiểu rằng sự nóng lên toàn cầu, mà thực tế bao gồm sự nóng lên của các đại dương, có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của hydrat khí.

Có những dấu hiệu trong lịch sử Trái đất cho thấy những thay đổi khí hậu trong quá khứ có thể đã dẫn đến sự mất ổn định của mêtan hydrat.  Trong điều kiện này, nó sẽ giải phóng mêtan. Những chỉ dẫn này ví dụ như đo lượng khí mêtan trong lõi đá, vẫn còn nhiều tranh cãi.

Tuy nhiên, vấn đề này rất có ý nghĩa. Nó đặc biệt quan tâm đến các nhà khoa học, quan tâm đến dự đoán những tác động có thể xảy ra của sự gia tăng nhiệt độ đối với các trầm tích hiện tại của mêtan hydrat.

Mức gấp 20 lần cho mỗi phân tử so với carbon dioxide. Sự phóng thích tăng lên từ đại dương vào bầu khí quyển có thể tăng cường hiệu ứng nhà kính. Các nghiên cứu về sự ổn định khí mêtan hydrat trong sự phụ thuộc vào sự dao động nhiệt độ. Sự hoạt động của khí mêtan sau khi nó được giải phóng, do đó cần được khẩn cấp.

Điều gì xảy ra khi methane hydrate tan chảy?

Không phải tất cả các khí metan thoát ra từ  methane hydrate đều tan trong khí quyển.

Phần lớn nhất có khả năng bị phá vỡ trong quá trình gia tăng qua các trầm tích và trong cột nước. Sự phân hủy này được trung gian bởi hai quá trình sinh học:

Oxy hoá methane bởi vi khuẩn và archaea (trước đây gọi là archaebacteria) ở đáy biển;

Trong quá trình oxi hóa khí metan trong trầm tích, vi khuẩn sử dụng sulfat (SO42-). Muối của axit sulfuric có trong nước biển, để phân hủy khí mêtan. Trong quá trình này, mêtan được chuyển đổi thành bicarbonate (HCO3-). Nếu bicarbonate phản ứng thêm với ion canxi (Ca2 +) trong nước biển. Kết tủa cacbonat cacbonat (CaCO3) lưu giữ ở đáy biển trong một khoảng thời gian dài. Đó có thể là tình huống lý tưởng. Bởi vì nó sẽ làm cho khí nhà kính có tiềm năng khí mêtan (CH4) vô hại.

Hydrogen sulphide (H2S) được sản xuất từ ​​sunphat.

Cung cấp năng lượng cho các cộng đồng hoá học. Nó bao gồm cả các loài trai và sán dây đồng. Trong quá trình oxy hóa thiếu khí trong cột nước. Tuy nhiên, vi khuẩn phân hủy khí mêtan với sự trợ giúp oxy (O2). Trong quá trình này, carbon dioxide được sản xuất, tan trong nước.

Carbon dioxide góp phần làm axit hóa đại dương. Hơn nữa, oxy hoá thiếu khí khí mêtan tiêu thụ oxy. Sự cạn kiệt oxy trong cột nước có thể tạo ra hoặc mở rộng các vùng tối thiểu oxy trong đại dương. Đó là mối đe dọa đối với cá và các sinh vật nhạy cảm khác.

Ước tính chuyển đổi

Ước tính thô sơ cho thấy oxi hóa khí và khí oxy của mêtan với nhau hiện đang chuyển đổi khoảng 90% khí mêtan được sản xuất ở đáy biển. Trước khi nó có thể tiếp cận khí quyển. Metan di chuyển chậm hơn qua đáy biển hoặc thông qua cột nước, hiệu quả hơn là các vi khuẩn đang chuyển đổi nó.

Trong trường hợp nó tan nhanh

Điều kiện tiên quyết cho sự suy thoái này là các phân tử mêtan được hòa tan trong nước. Metan chỉ có thể bị phân hủy bởi các vi khuẩn dưới dạng này. Nếu khí mêtan thoát ra nhanh chóng từ hydrat, nó có thể tăng dưới dạng các bong bóng khí mà các vi sinh vật không thể tiếp cận.

Bộ lọc metan vi khuẩn sẽ thất bại, ít nhất một phần, nếu khí mêtan hydrat phân hủy rất nhanh và một lượng lớn khí mêtan được giải phóng cùng một lúc. Cũng có vấn đề ở những vùng nước nông. Nơi các bong bóng khí mêtan không thể hòa tan hoàn toàn trong nước trong khoảng cách ngắn từ đáy biển đến khí quyển.

Nguồn mêtan tự nhiên từ đáy biển

Để hiểu rõ hơn về quá trình này và có thể đưa ra dự đoán về chức năng của bộ lọc vi khuẩn. Các nhà nghiên cứu hiện đang điều tra các nguồn mêtan tự nhiên trên đáy biển. Còn được gọi là seeps lạnh. Nó thường xuyên thải ra lượng lớn khí mêtan.

Chúng bao gồm các mỏ khí hydrate gần bề mặt, núi lửa bùn, và các vết rò khí tự nhiên ở các vùng biển nông cạn. Những vết rò rỉ này là một loại mô hình tự nhiên có thể nghiên cứu về hoạt động của mêtan trong đại dương.

Nếu chúng ta hiểu được bản chất phản ứng như thế nào với sự xâm nhập của mêtan ở đáy biển, nó sẽ giúp chúng ta ước tính các hậu quả của việc phóng khí mêtan lớn hơn từ khí hydrat.

Các dữ liệu thu được ở các dòng sông mêtan cũng sẽ giúp cải thiện độ chính xác của mô phỏng các mô phỏng khí mêtan metan.

Sự biến mất của methane hydrate có thể có hậu quả nghiêm trọng.

Hydrat khí hoạt động như một xi măng làm đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cát tốt và ổn định đáy biển. Nếu khí mêtan hydrat phân hủy, độ ổn định của đáy biển sẽ giảm do xi măng bị mất và áp lực lỗ rỗng có thể tạo ra.

Trong trường hợp xấu nhất, phần lớn lợi nhuận lục địa không thành công. Sạt lở đất ở tàu ngầm có thể gây ra sóng thần nghiêm trọng. Các phong trào quần chúng lớn diễn ra trong thời kỳ băng hà cuối cùng và sự thoái hoá sau đây.

Kích hoạt có lẽ không phải luôn luôn nóng lên của bầu khí quyển, nhưng cũng ngược lại. Vì lượng nước lớn được lưu giữ trong băng trong thời kỳ băng hà cuối cùng, mực nước biển thấp hơn khoảng 120 mét so với hiện nay. Đặc biệt ở các vùng đại dương nông, áp suất nước thấp tới mức lượng mêtan hydrat khổng lồ có thể đã bị mất ổn định.

Các bằng chứng trực tiếp cho những thất bại dốc do sự phân rã hydrat khí chưa được tìm thấy. Tuy nhiên, có một số dấu hiệu gợi ý quá trình trong quá khứ. Dấu hiệu của chất lỏng chảy ra hầu như luôn luôn được tìm thấy trong vùng lân cận của sự thất bại dốc. Những dốc này có thể bị mất ổn định bởi các khí thải ra bởi decomp

Điều chỉnh hydrat khí và chất lỏng.

Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cũng có thể thấy mối quan hệ ngược lại: có thể hiểu được rằng sự trượt dốc và sự giảm áp lực đối với các trầm tích bên dưới đã gây ra sự phân ly methane hydrat ở lề lục địa, do đó giải phóng một lượng lớn khí tự do. Sự sụt giảm sẽ là nguyên nhân chứ không phải là kết quả của việc thoát khí.

Những sự không chắc chắn này làm nổi bật nhu cầu nghiên cứu sâu hơn. Tuy nhiên, khá chắc chắn rằng sự biến mất của mêtan hydrat có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng.

Sự phát thải khí nhà kính từ Arctic.

Sự lắng đọng mêtan trong lớp băng vĩnh cửu và hydrat được xem là rất nhạy cảm ở các vùng thềm cạn rộng lớn. Bởi vì áp lực tương đối thấp sẽ chỉ mất một sự thay đổi nhiệt độ nhỏ để giải phóng một lượng lớn khí mêtan. Thêm vào đó, khí mêtan mới liên tục được sản xuất. Bởi vì vùng Bắc Cực giàu chất hữu cơ bị phân hủy bởi các vi khuẩn trong trầm tích.

Hoạt động của các vi khuẩn này và do đó tỷ lệ phóng xạ sinh học của mêtan cũng được kích thích bởi sự gia tăng nhiệt độ. Do đó phát thải khí mêtan ở Bắc Cực có nhiều nguồn. Các hiệp hội khoa học quốc tế hiện đang được thành lập với sự tham gia của các nhà nghiên cứu thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau – nhà hóa học, nhà sinh vật học, địa chất, nhà địa vật lý, các nhà khí tượng học – đang tập trung giải quyết vấn đề này. Không ai có thể nói một cách chắc chắn về việc phát thải khí mêtan ở Bắc Cực sẽ phát triển như thế nào với sự nóng lên toàn cầu, hoặc là ở đại dương hay trên đất liền.

Cuối cùng, nếu bạn có nhu cầu về các sản phẩm khí, hãy liên hệ Vietxuangas nhé.

Vietxuangas chuyên cung cấp các sản phẩm khí đặc biệtkhí công nghiệp như: Khí HeliumKhí Sf6Khí Metan

Quý khách có nhu cầu vui lòng liên hệ:

Tư vấn kỹ thuật và bán hàng: 0913 532 568

Xin cảm ơn và hân hạnh được phục vụ.

icons8-exercise-96 challenges-icon chat-active-icon