Ρίχνοντας μια πιο προσεκτική ματιά σε ένα σύστημα ενυδάτωσης αερίου στη Μαύρη Θάλασσα

Ο ανεμιστήρας του Δούναβη στη δυτική Μαύρη Θάλασσα ήταν το επίκεντρο πολλών ερευνητικών ταξιδιών τα τελευταία χρόνια. Ο στόχος αυτών των ταξιδιών ήταν η απόκτηση δεδομένων γεωφυσικής έρευνας για τη διερεύνηση ένυδρων αερίων στα ιζήματα κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας (Hillman et al., 2018a; 2018b; Zander et al. 2017; 2018).

Οι υδρίτες αερίων είναι παγοειδείς ενώσεις, που αποτελούνται από ένα κλουβί μορίων νερού που περιέχουν υδρογονάνθρακες, συνηθέστερα μεθάνιο. Βρίσκονται σε ιζήματα όπου οι θερμοκρασίες είναι χαμηλές και οι πιέσεις είναι υψηλές. Ως εκ τούτου, υπάρχουν σε αφθονία στις ηπειρωτικές υφαλοκρηπίδες κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας και στο μόνιμο πάγο. Τα ένυδρα αέρια παρουσιάζουν ενδιαφέρον λόγω του δυναμικού τους ως μελλοντικού ενεργειακού πόρου, καθώς και του ρόλου τους στον έλεγχο της σταθερότητας των πρανών και των πιθανών επιπτώσεων για υπεράκτιες υποδομές, όπως αγωγούς και πηγάδια.

Ο ανεμιστήρας του Δούναβη στη δυτική Μαύρη Θάλασσα παρουσιάζει πολλά χαρακτηριστικά που υποδεικνύουν την παρουσία αερίων και ένυδρων αερίων, όπως ανάκλαση προσομοίωσης βυθού (BSR), ανωμαλίες υψηλού πλάτους στα σεισμικά δεδομένα κάτω από το BSR και παρουσία εκλάμψεων αερίου στον πυθμένα της θάλασσας. Προηγούμενες μελέτες έχουν υπολογίσει ότι η Μαύρη Θάλασσα περιέχει περίπου 96 x 10 kg μεθανίου διαλυμένο στη στήλη του νερού, με εκτιμώμενα 1–5 x 10 m υδρίτες αερίων που περιέχονται στα ιζήματα (Poort et al., 2005 Starostenko et al., 2010 ). Η δυτική υφαλοκρηπίδα της Μαύρης Θάλασσας και ο ανεμιστήρας του Δούναβη παρουσίασαν αρκετές έντονες διακυμάνσεις της στάθμης της θάλασσας και μια αλλαγή από λιμνοθάλασσες σε θαλάσσιες συνθήκες από το τελευταίο μέγιστο παγετώνων. Ωστόσο, η στάθμη της θάλασσας, η αλατότητα και οι συνθήκες θερμοκρασίας του νερού παρέμειναν σταθερές τα τελευταία 7.500 χρόνια, όταν ο ανεμιστήρας του Δούναβη εγκαταλείφθηκε καθώς ανέβηκε η στάθμη της θάλασσας και η ακτογραμμή υποχώρησε, διακόπτοντας την παροχή ιζήματος στον ανεμιστήρα.

Η σταθερότητα των ένυδρων αερίων ελέγχεται από την αλληλεπίδραση πολλών παραγόντων, όπως η πίεση (που σχετίζεται με τη στάθμη της θάλασσας), η θερμοκρασία, η αλατότητα, η σύσταση αερίου και οι ιδιότητες του ιζήματος, όπως το μέγεθος των κόκκων και το πορώδες. Το 2013-14 το R/V Maria S Merian απέκτησε 2D και 3D σεισμικά δεδομένα από τον ανεμιστήρα του Δούναβη, με έναν εστιασμένο τρισδιάστατο σεισμικό όγκο που βρίσκεται πάνω από το φαράγγι S2 στα βόρεια του κύριου φαραγγιού Viteaz. Η περιοχή γύρω από το φαράγγι S2 είναι περίπλοκη από άποψη γεωλογίας, καθώς τα ιζήματα ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό λόγω της αλληλεπίδρασης των διεργασιών του φαραγγιού (διάβρωση καναλιού και εναπόθεση αναχωμάτων) και αρκετών γεγονότων αστοχίας πλαγιάς που είχαν ως αποτέλεσμα το σχηματισμό μεγάλων αποθέσεων καθίζησης ιζημάτων.

Αυτά τα δεδομένα, μαζί με τις μετρήσεις ροής θερμότητας και τα δεδομένα αλατότητας που αποκτήθηκαν από το R/V Pourquoi Pas το 2015, έχουν χρησιμοποιηθεί για να διερευνηθεί εάν το σύστημα ένυδρου αερίου κάτω από το σύμπλεγμα ανεμιστήρα του Δούναβη είναι επί του παρόντος σταθερό ή σε ισορροπία. Αυτή η περιοχή παρουσιάζει ενδιαφέρον καθώς το βάθος του BSR κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας, όπως παρατηρείται στα σεισμικά δεδομένα, υποδηλώνει ότι το σύστημα ένυδρου αερίου δεν βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση με τις σημερινές συνθήκες. Το BSR, το οποίο γενικά ερμηνεύεται ότι είναι η βάση της ζώνης σταθερότητας του αέριου ένυδρου, είναι βαθύτερο από το αναμενόμενο σε ορισμένα τμήματα (κάτω από τα ιζήματα του αναχώματος και της καθίζησης) κάτω από το φαράγγι, με βάση τις σημερινές συνθήκες. Δεδομένου ότι ο ανεμιστήρας του Δούναβη εγκαταλείφθηκε πριν από περίπου 7.500 χρόνια και το φαράγγι S2 πιθανότατα χαράχθηκε πριν από περίπου 20.000 χρόνια, το σύστημα ένυδρου αερίου είχε τουλάχιστον 7.500 χρόνια για να εξισορροπηθεί.

Αυτή η μελέτη χρησιμοποίησε μοντέλα σταθερής και μεταβατικής κατάστασης ενός δισδιάστατου προφίλ σε όλο το φαράγγι S2 για να εξετάσει την έκταση και τη θέση της ζώνης σταθερότητας ένυδρου. Αυτό έγινε με τη χρήση εισροών από τη χαρτογράφηση των τρισδιάστατων σεισμικών δεδομένων και τη γεωχημική ανάλυση των δειγμάτων πυρήνα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια και των δύο ταξιδιών. Χρησιμοποιώντας αυτά τα μοντέλα, είναι δυνατή η διερεύνηση των επιδράσεων διαφορετικών παραγόντων, συμπεριλαμβανομένων των μεταβλητών θερμικών ιδιοτήτων ετερογενών ιζημάτων στην περιοχή του φαραγγιού και, η τοπογραφική εστίαση στη γεωθερμική κλίση στην έκταση της ζώνης σταθερότητας του υδρίτη.

Διαφορετικοί τύποι ιζημάτων έχουν διαφορετικές θερμικές ιδιότητες λόγω των τύπων ορυκτών που περιέχουν και της διακύμανσης στο μέγεθος των κόκκων και το πορώδες. Τα χονδρόκοκκα ιζήματα, όπως η άμμος που εναποτίθεται σε κανάλια, γενικά μεταδίδουν τη θερμότητα καλύτερα από τα λεπτόκοκκα ιζήματα, όπως η λάσπη στα ιζήματα των αναχωμάτων. Αυτό σημαίνει ότι οι γεωθερμικές ιδιότητες των ιζημάτων κάτω από το φαράγγι S2 ποικίλλουν σημαντικά καθώς υπάρχουν πολλοί τύποι ιζημάτων. Η τοπογραφία ή το σχήμα του πυθμένα της θάλασσας μπορεί επίσης να επηρεάσει τον τρόπο με τον οποίο η ροή θερμότητας ποικίλλει κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας. Οι περιοχές κοίλης τοπογραφίας (δηλαδή κανάλια) εστιάζουν τη ροή θερμότητας, οδηγώντας σε υψηλότερες θερμοκρασίες σε μικρότερα βάθη, ενώ η κυρτή τοπογραφία (δηλαδή, αναχώματα) αποεστιάζει τη ροή θερμότητας (Poort et al., 2007· Shankar and Riedel, 2010· Tao et al., 2014 ).

Η χαρτογράφηση του BSR κάτω από το φαράγγι S2 υποδεικνύει μια ζώνη σταθερότητας ένυδρου που προφανώς δεν είναι σε σταθερή κατάσταση με τις σημερινές συνθήκες. Ωστόσο, τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης καταδεικνύουν ότι το σύστημα ένυδρων αλάτων μπορεί, στην πραγματικότητα, να βρίσκεται ή τουλάχιστον να πλησιάζει σε ισορροπία, και ότι η φαινομενική διαφορά μεταξύ της αναμενόμενης θέσης του BSR και της χαρτογραφημένης θέσης, είναι πιθανό το αποτέλεσμα τοπογραφικών εστίαση της ροής θερμότητας κάτω από το φαράγγι S2 και μεταβλητές θερμικές ιδιότητες των ιζημάτων. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει το ασυνήθιστα βαθύ BSR που παρατηρείται κάτω από τα ιζήματα του αναχώματος και της καθίζησης, όπου η κυρτή τοπογραφία έχει ως αποτέλεσμα την αποεστίαση της γεωθερμικής κλίσης.

Αναφορές:

1. Hillman, J.I.T., Klaucke, I., Bialas, J., Feldman, H., Drexler, T., Awwiller, D., Atgin, O., Çifçi, G., Badhani, S., 2018a. Διαδρομές μετανάστευσης φυσικού αερίου και αστοχίες πλαγιών στον ανεμιστήρα του Δούναβη, Μαύρη Θάλασσα. Mar. Pet. Γεολ.92, 1069–1084. https://doi .org /10 .1016 /j .marpetgeo .2018 .03 .025.
2. Hillman, J.I.T., Burwicz, E., Zander, T., Bialas, J., Klaucke, I., Feldman, H., Drexler, T., Awwiller, D., 2018β. Διερεύνηση ενός συστήματος ένυδρου αερίου σε φαινομενική ανισορροπία στον ανεμιστήρα του Δούναβη, Μαύρη Θάλασσα. Πλανήτης της Γης. Sci. Κάτοικος της Λατβίας. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0012821X1830517X
3. Poort, J., Kutas, R.I., Klerkx, J., Beaubien, S.E., Lombardi, S., Dimitrov, L., Vassilev, A., Naudts, L., 2007. Ισχυρή μεταβλητότητα ροής θερμότητας σε ενεργό ρηχό αέριο περιβάλλον, Dnepr palaeo-delta, Μαύρη Θάλασσα. Geo Mar. Lett.27, 185–195. https://doi .org /10 .1007 /s00367 -007 -0072 -4.
4. Poort, J., Vassilev, A., Dimitrov, L., 2005. Οι μεταπαγετώδεις καταστροφικές πλημμύρες προκάλεσαν τεράστιες αλλαγές στη δεξαμενή ένυδρου αερίου της Μαύρης Θάλασσας; Terra Nova17, 135–140. https://doi .org /10 .1111 /j .1365 -3121.2005 .00599 .x.
5. Shankar, U., Riedel, M., 2010. Σεισμικοί και θερμικοί περιορισμοί ροής από το σύστημα ένυδρου αερίου στη λεκάνη Krishna-Godavari, Ινδία. Mar. Geol.276, 1–13. https://doi .org /10 .1016 /j .margeo .2010 .06 .006.
6. Starostenko, V.I., Rusakov, O.M., Shnyukov, E.F., Kobolev, V.P., Kutas, R.I., 2010. Το μεθάνιο στη βόρεια Μαύρη Θάλασσα:χαρακτηρισμός των γεωμορφολογικών και γεωλογικών περιβαλλόντων του. Geol. Soc. (Λονδ.) Spec. Publ.340, 57–75. https://doi .org /10 .1144 /SP340 .5.
7. Tao, H., Hong-Lin, L., Chang-Chun, Z., 2014. Τρισδιάστατη τοπογραφική διόρθωση της ροής θερμότητας BSR και ανίχνευση εστιασμένης ροής ρευστού. Appl. Geophys.11, 197–206. https://doi .org /10 .1007 /s11770 -014 -0429 -1.
8. Zander, T., Choi, J.C., Vanneste, M., Berndt, C., Dannowski, A., Carlton, B., Bialas, J., 2018. Πιθανές επιπτώσεις της εκμετάλλευσης ένυδρου αερίου στη σταθερότητα των πλαγιών Βεντάλια του Δούναβη, Μαύρη Θάλασσα. Mar. Pet. Γεολ.92, 1056–1068. https://doi .org /10 .1016 /j .marpetgeo .2017.08 .010.
9. Zander, T., Haeckel, M., Berndt, C., Chi, W.-C., Klaucke, I., Bialas, J., Klaeschen, D., Koch, S., Atgın, O. , 2017. Για την προέλευση πολλαπλών BSR στον ανεμιστήρα βαθέων υδάτων του Δούναβη, Μαύρη Θάλασσα. Πλανήτης της Γης. Sci. Lett.462, 15–25. https://doi .org /10 .1016 /j .epsl .2017.01.006.