Den 8 september 2017 var ett spännande datum för Katey Walter Anthony. Den här svala, vindstilla kvällen besökte hon för första gången Alaskas Lake Esieh. Få människor besöker denna avlägsna vildmarkssträcka. Den är täckt av tundra och knasiga granar. Tusentals sjöar finns runt området. Men Walter Anthony insåg snabbt att den här sjön var konstig. När hennes båt gled över den kom hon till en plats där vattnet tycktes koka.
Vattnet var inte varmt. Men det rullade och fräste. Bubblor i alla storlekar strömmade upp och dök upp vid ytan. En bubbla, stor som en mjukboll, gav ifrån sig en hög bloonk när den sprack. Bubblorna täckte en sträcka av sjön som var större än en fotbollsplan. Och de reste sig med sådan kraft att de långsamt tryckte hennes båt åt sidan.
Walter Anthony lutade sig över kanten på båten och samlade några bubblor i en flaska. Sedan slog hon en tändsticka och öppnade flaskan för att släppa ut gasen hon precis samlat upp. Gasen fattade eld!
Förklarare: CO2 och annat växthus gaser
Den gula lågan som dansade över flaskan bekräftade hennes misstanke. Den visade att sjön gurglade ut en brandfarlig gas, kallad metan. Varje molekyl (CH4) innehåller en kolatom bunden till fyra väteatomer.
Som en potent växthusgas kan metan absorbera strålning från solen och värma atmosfären. Metan är tillsammans med koldioxid en viktig källa till global uppvärmning. Senare beräkningar skulle visa att den här lilla sjön rapade ut massor av denna gas – cirka 2 000 kg (4 400 pund) varje dag.
Walter Anthony arbetar vid University of Alaska i Fairbanks. Hon är limnolog, en vetenskapsman som studerar sjöar. Hittills har hon studerat mer än 300 av dem i Arktis. Många avger metan. Men Lake Esieh var annorlunda. Hon kunde höra ett djupt strupigt gurglande när bubblor skjutsade sig upp, våldsamt, genom leran på sjöns botten. “Ljudet var verkligen fantastiskt”, säger hon. Den kom från djupt under hennes båt. “Jag hade aldrig hört det förut.”
Vattnet verkar koka när metan bubblar upp och ut av Alaskas sjö Esieh.
K. Walter Anthony
Forskare tror att Arktis kan släppa ut stora mängder metan under de kommande 100 åren. Gasen frigörs naturligt när frusen jord, kallad permafrost, värms upp och tinar. Och vissa forskare oroar sig för att denna metan kommer att få världen att värmas upp snabbare än de hade förutspått.
Walter Anthony har ägnat nästan 20 år åt att försöka förstå detta hot. Hon försöker mäta hur mycket metan som kommer ut från värmande arktiska sjöar. Och för henne kan Lake Esieh vara en varning. Om andra sjöar reagerar på samma sätt, kan Arktis vara redo att bränna ut mycket mer metan än någon hade förväntat sig. “Vi vet inte ens hur mycket gas som finns där nere”, säger hon. “Det är ett jokertecken.”
Av den anledningen är det viktigt att förstå vad som händer vid sjön Esieh.
Ruttnande gröt
Permafrost täcker 22 miljoner kvadratkilometer (8,5 miljoner kvadratkilometer) territorium över norra Alaska, Kanada, Europa och Asien. Det är ett område större än USA och Kanada tillsammans. Denna frusna jord är rik på organiskt material — resterna av växter som levde för hundratals eller tusentals år sedan.
Permafrost, visad i olika lila nyanser, täcker 22 miljoner kvadratkilometer (8,5 miljoner kvadratkilometer) territorium i Arktis. Det kan bli en viktig källa till metan när det tinar.
Philippe Rekacewicz, UNEP/GRID-Arendal
Dessa döda växter frös innan de kunde förfalla helt. Men när permafrosten nu tinar, har encelliga mikrober börjat äta på dessa växtrester. De bryter ner de döda sakerna till mos, som köksrester i en komposthög. Längs vägen andas mikroberna ut metan och en annan kolbaserad gas, koldioxid (CO2).
Forskare har länge vetat att smältande permafrost skulle frigöra dessa gaser. Det som inte har varit klart är hur mycket som kan komma ut och hur snabbt. Människor är särskilt oroade över metan. Under en period av 100 år absorberar den mer än 20 gånger så mycket värme, gram för gram, som koldioxid gör. Väl i atmosfären förvandlas metan långsamt till koldioxid – också en växthusgas.
Walter Anthony har tagit reda på hur mycket metan som de arktiska sjöarna spyr ut. Hon började 2002, medan hon arbetade mot sin doktorsexamen vid University of Alaska. Då tillbringade hon mycket av sin tid i Sibirien, i nordöstra Ryssland.
Upptining av permafrost kan göra att marken sjunker. Dessa låga fläckar fylls med vatten – bildar vad som kallas “thermokarst”-sjöar. Walter Anthony såg små bubblor av metan bubbla upp när hon paddlade sin båt över en av dessa sibiriska sjöar, kallad Shuchi. Men hon kunde aldrig förutse var en bubbla skulle uppstå. Så hon kunde inte fånga eller mäta dem.
Stjärnhimmel
Hon fick några råd från en ekolog vid Northeast Science Station i Chersky, Ryssland. Den här Sergey Zimov föreslog att hon skulle prova ett nytt tillvägagångssätt: Vänta tills vintern fryser till sjön. Isen kan fånga metanbubblor och visa henne var gasen ackumulerades.
I oktober 2002 tog hon på sig en dunjacka och begav sig ut i kylan. Hon skottade bort snö från en remsa av sjöis och hällde sedan vatten på den. Detta jämnade ut isen så att hon kunde se genom den in i sjön nedanför.
Metan fastnar under isen i några arktiska sjöar på vintern. Om ett hål slås genom isen kan den utströmmande gasen tändas till ett eldklot, som i den här videon. “Det var som att titta på en stjärnklar natthimmel”, säger hon. De vita gasbubblorna stack ut mot den mörka bakgrunden av vattnet nedanför. För första gången insåg hon att de flesta bubblorna kom upp på mycket specifika ställen – och alltid på samma ställen. Nu visste hon var de platserna var.
Hon använde en kofot för att hugga hål i isen. (Hon hade hjälp av en stor kille vid namn Dmitri Draluk, som också arbetade som lokal brandman, predikant och kroppsbyggare.) Hon och Draluk satte in flaskor, med upp och nervända trattar, för att samla upp gasen som bubblade upp. De höll bubbelfällorna på plats även efter att isen smält.
Efter ett år av att fånga bubblor kunde Walter Anthony äntligen räkna ut hur mycket metan som hade bubblat upp. Och resultaten, säger hon, gjorde henne “mycket förvånad.”
Forskare hade trott att det mesta metan sipprade upp utan att bilda bubblor. De trodde att bubblorna bara höll lite av gasen. Men Walter Anthony fann att bubblorna innehöll mycket mer metan än vad som sipprade ut andra vägar. Och eftersom forskarna hade missat dessa bubblor, hade de underskattat hur mycket metan sjöarna rapade.
Positiv feedback
Tusentals termokarstsjöar (några ses här) finns i det arktiska landskapet i Alaska, Kanada och Ryssland. Dessa sjöar kan släppa ut stora mängder metan under det kommande århundradet.
K. Walter Anthony
Tusentals termokarstsjöar prickar ytorna i Sibirien, Alaska och Kanada. Om Walter Anthonys mätningar stämmer för dem alla, kan dessa sjöar rapa ut fem gånger så mycket metan som folk hade trott.
“Det här var verkligen ett genombrott”, säger David McGuire. “Det gav oss en mycket bättre uppfattning om vikten av termokarstsjöar.” Han är en permafrostforskare som också arbetar vid University of Alaska i Fairbanks.
När en termokarstsjö väl har bildats kan permafrosten under nu tina mycket snabbare. Detta beror delvis på att den mörkare sjön absorberar mer solljus än frusen jord. Walter Anthony och hennes medarbetare uppskattar att denna ökning av upptining kan få arktisk permafrost att släppa ut dubbelt så mycket kol år 2100 som folk hade förutspått. (Detta “kol” inkluderar både metan och koldioxid.) Det kan i sin tur orsaka mer uppvärmning, mer upptining av permafrost – och sedan släpps ännu mer växthusgaser ut.
Forskare kallar denna onda cirkel för en
positiv feedback
. Vissa uppskattningar tyder på att den positiva feedbacken från upptinande permafrost år 2100 skulle kunna lägga till upp till ytterligare 0,3° Celsius (0,54° Fahrenheit) av den globala uppvärmningen.
Det låter kanske inte så mycket. Men det kan göra stor skillnad om människor fortfarande hoppas kunna hålla jorden från att värmas mer än ytterligare 1,5 °C (2,7 °F).
Metannivåerna i jordens atmosfär har mer än fördubblats sedan 1700, från färre än 700 delar per miljard till mer än 1 800 delar per miljard. Mest metan kommer från mänskliga aktiviteter som naturgasborrning, uppfödning av kor, förfall av dumpat sopor och avsiktlig förbränning av skogar och åkermark. Diagram: 2 Degrees Institute
“Det är ungefär som en motvind”, säger Steve Frolking. Han är klimatforskare vid University of New Hampshire i Durham. “Det kommer bara att göra allt svårare”, säger han. Det skulle innebära att människor måste minska sina utsläpp av växthusgaser med ännu mer.
Men även dessa förutsägelser om kolbaserade gaser som rapas av permafrost tar inte hänsyn till omfattningen av metan som kommer från sjön Esieh. Och Walter Anthony har precis börjat studera den där sjön.
Hot spots
Alaskas sjö Esieh ser lugn ut, men den bubblar ut 2 000 kilo metan per dag. Bruna fläckar i sjön visar var bubblor reser sig med sådan kraft att de bär lera upp från sjöns botten.
K. Walter Anthony
Två medlemmar i hennes team såg Lake Esieh först från ett flygplan i april 2017. Under flera dagars flyg passerade de över hundratals sjöar. De flesta var fortfarande täckta av vinteris. Men Melanie Engram och Allen Bondurant märkte att en sjö hade två stora mörka fläckar fria från is. De antog att dessa var “hot spots” – områden där gas bubblade upp tillräckligt snabbt för att förhindra att is bildas.
Walter Anthony besökte först sjön fem månader senare. Med en doktorand, hennes man och deras två unga söner, klättrade hon i en båt och körde fyra timmar uppför en flod för att nå sjön. Väl där var det lätt att hitta metan hot spots.
Att paddla en kajak i de bubblande områdena var faktiskt “lite läskigt”, säger Janelle Sharp, doktoranden på den resan. Inte direkt skrämmande – men konstigt. “Det är som att vattnet kokar”, säger hon. “Bubblorna som kommer upp är lika stora som ditt huvud.”
Walter Anthony och hennes team återvände till Lake Esieh i maj 2018. De slog läger på en sluttning med utsikt över en av de bubblande fläckarna. Sharp åkte runt sjön med ekolod, eller ljudpulser, för att kartlägga dess botten. Det mesta av sjön var bara cirka en meter (3 fot) djup. Men under varje hot spot hittade hon en djup krater i sjöns botten. En av dem störtade till ett djup av 15 meter (49 fot).
Smulade sönder kulle
Walter Anthony, Sharp och flera andra återvände till sjön igen i A augusti 2018. När de kom fram såg de nya bevis på permafrostens obevekliga tö. Backen där de hade slagit läger tre månader tidigare höll på att falla sönder. Leriga sprickor hade öppnats i marken. Jordblock upp till 1,5 meter (5 fot) tjocka hade glidit av sluttningen.
Under den resan gjorde Frédéric Thalasso de första exakta gasmätningarna. Han är limnolog vid National Polytechnic Institute i Mexico City. Han har besökt många arktiska sjöar med Walter Anthony genom åren. Han blev chockad när han upptäckte att den här gav ifrån sig metan 100 gånger snabbare än de flesta andra han hade sett.
Walter Anthony daterade åldern för metankällan genom att mäta radioaktivt kol-14 i gasen. Kol-14 byggs upp i växter medan de lever. Efter att växterna dör sönderfaller deras kol-14 långsamt till kväve. Forskare vet hur snabbt kol-14 försvinner. Så genom att mäta hur mycket av det som finns kvar kan de räkna ut hur länge sedan plantorna som samlade det hade levt.
Walter Anthonys kol-14-mätningar visade att metanet i sjön Esieh kom från en mycket gammal källa. Dessa var ruttnande växter som hade dött för minst 40 000 år sedan – och kanske till och med miljoner år tidigare.
Hon tror nu att mikroberna som tillverkar denna metan äter något slags fossilt bränsle. De kanske bor i en kolbädd (gjord av forntida växter) begravd någonstans under sjön – även under permafrosten.
Den metanen skulle ha sipprat upp genom sprickor i berget – tills den träffade permafrosten ovanför den. Gasen kunde inte passera genom denna frusna barriär. Så det samlades under den frusna jorden i tiotusentals år.
Tinande permafrost får denna sluttning att gradvis kollapsa till sjunkande lera.
K. Walter Anthony
Big boom
Detta förändrades sannolikt när permafrosten under sjön Esieh smälte ända till sin botten, tror Walter Anthony nu. Helt plötsligt hade all den flaska metanen ett sätt att fly.
Gasen kan ha spruckit ut våldsamt först. Hon säger att detta skulle förklara de två djupa kratrarna i botten av sjön. Om det är sant, är Lake Esieh kanske inte den enda platsen det har hänt.
Forskare har hittat ännu större kratrar i Sibiriens permafrost. En, upptäckt 2014, är 50 meter (cirka 160 fot) djup. Explosionen som slet hålet i marken kastade smutsbitar upp till 125 meter (400 fot) bort. Alla är inte överens om vad som orsakade explosionerna. Men en idé är att de utlöstes av metan som sprack ut underifrån.
Bevis för liknande metanexplosioner dyker upp i kratrar på delar av den arktiska havsbotten norr om Norge. Hittade för två år sedan, en del sträcker sig över en kilometer (0,6 mil) i diameter.
Vad som är viktigt är att en del av denna metan kommer från en källa som forskarna inte hade räknat ännu. När forskare pratar om permafrostkol menar de de döda växterna begravda i permafrosten, vilka mikrober kommer att omvandla till metan och koldioxid.
Men Esiehs metan kan ha kommit från en ännu djupare källa, en under permafrosten. Och om det är sant, kan smältande permafrost frigöra mycket mer metan än vad forskare hade misstänkt.
Stor fråga
Walter Anthonys upptäckt vid sjön Esieh är “riktigt intressant och fascinerande”, säger Frolking. Han påpekar att den här sjön kan visa sig vara en galen händelse – den enda i sitt slag. Metan som rapar ur en enda sjö skulle inte vara tillräckligt för att förändra världens klimat.
Men om andra sjöar börjar agera på samma sätt? Då har det stor betydelse, säger han. “Den är enorm.”
Och Walter Anthony fruktar att detta kan vara fallet. Metan kan sitta instängt under permafrost i hela Arktis, säger hon. Mycket av det kommer från djupt nedgrävda fossila bränslen. Gasen skulle sakta ha ackumulerats så länge som permafrosten var där för att stoppa dess uppgång. På vissa ställen kan det ta mer än en miljon år.
Frågan är om den gasen kommer att leda till fler sjöar som Esieh.
“När permafrosten tinar och blir mer lik schweizisk ost”, säger Walter Anthony, “är det logiskt att tro att vi kommer att se fler och fler av dessa.”
Leave a Reply