الجليد الساخن / ليزا مارجونيلي

ومن الممكن أن تحل هيدرات الميثان مشكلة الطاقة في العالم، أو تؤدي إلى تفاقم ارتفاع درجة حرارتها

في صباح أحد أيام شهر أغسطس عام 2014، تم إرسال دوك ريكيتس، روبوت المياه العميقة التابع لمعهد خليج مونتيري للأبحاث البحرية، لسبر قاع المحيط في المياه شديدة البرودة قبالة ساحل شمال كاليفورنيا. وعلى عمق 1,812 مترًا، كان يحوم فوق تل طويل، عرضه 60 مترًا وطوله كيلومترين، مع طبقات رقيقة من الرواسب ذات اللون الكاكي المتناثرة هنا وهناك. وفي مقطع الفيديو الذي التقطته كاميرا الروبوت تحت الماء، يظهر فجأة شيء يشبه أكوامًا من الثلج، متسخًا بالفعل، ولكنه يلمع في بياضه. لولا المحار والأسماك التي تحيط به، لكانت تبدو مثل السدود المتراكمة من مستوى الثلج على جانب الطريق. يكشف هذا الوريد اللامع عن حقيقة أن الكومة تحتوي على ماء، أو هيدرات الميثان: وهي بنية شبكية من الماء المتجمد، حيث يتم احتجاز جزيئات غاز الميثان، CH4، في أقفاص جليدية جزيئية. إذا صنعت كرة ثلجية من هذه المادة، فيمكنك إشعال النار فيها.

مثل هذه الشرايين، البارزة على السطح، ليست سوى قمة جبل الجليد، بالمعنى الحرفي للكلمة. معظم رواسب هيدرات الميثان محاصرة قليلاً تحت قاع البحر، في المناطق الباردة والعميقة من المحيط. الحجم الإجمالي للرواسب ضخم، ويكتشفها العلماء في كل مكان، على طول الرفوف القارية. ووفقا لأحدث التقديرات، تحتوي هذه الهيدرات في جميع أنحاء العالم على الكربون بكمية تعادل تلك الموجودة في جميع احتياطيات الفحم والنفط والغاز الطبيعي على الأرض، أو حتى تتجاوزها. ومع ذلك، لم تتم دراسة سوى عدد قليل من الودائع بالتفصيل.
كان الغرض من البعثة البحثية في أغسطس، والتي استمرت 11 يومًا، هو جمع عينات من هذه الكومة الكبيرة من هيدرات الميثان ومن الرواسب المحيطة بها - وهي ليست عملية سهلة. وتم ربط الروبوت المزود بأذرع ميكانيكية بواسطة كابل بسفينة الأبحاث "ويسترن فلاير" وتشغيله بجهاز التحكم عن بعد. وابتهج كبير العلماء في المعهد، عالم الجيولوجيا البحرية تشارلي باول، عندما ظهرت الصور على الشاشات العشرين في غرفة التحكم الصغيرة بالسفينة. احتشد أكثر من عشرة علماء من معهد خليج مونتيري وهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) في الغرفة الصغيرة، حيث كنت أنا وبول وآخرون جالسين على مقاعد طائرة قديمة ودلاء مقلوبة. كل هذه العقول وهذه المعدات استعدت لمهاجمة أسرار الكومة وفك شفرتها: كيف تشكلت ومن أين أتى الميثان وهل بدأ هذا الوريد في الظهور من القاع منذ عشر سنوات أم أنه ينمو منذ مليون؟ سنين؟
وكان الباحثون يبحثون عن المعلومات الأساسية التي يمكن أن تساعد في معالجة القضايا الأوسع. وجدت دراسة جيولوجية حديثة أن الهيدرات الموجودة قبالة سواحل الولايات المتحدة الأمريكية (باستثناء ألاسكا وهاواي) تخزن وقودًا يعادل إمداد الولايات المتحدة بالغاز الطبيعي لمدة 2,000 عام، بمعدل الاستهلاك الحالي. وإذا أمكن استخراج ولو القليل من هذا الوقود تجارياً فسيكون ذلك مفيداً جداً؛ وفي مارس 2013، تم لأول مرة استخراج الغاز الطبيعي من هيدرات الميثان في عرض البحر، على متن سفينة الأبحاث اليابانية "تشيكيو". ولكن إذا أدى ارتفاع حرارة المحيطات إلى زعزعة استقرار الهيدرات ودفعها إلى إطلاق غاز الميثان في الماء ومنها إلى الغلاف الجوي، فقد يؤدي ذلك إلى التعجيل بكارثة مناخية. إن تأثير غاز الميثان كغاز دفيئة، على مدار قرن من الزمان، أعظم من تأثير ثاني أكسيد الكربون (الميثان يخزن الحرارة بشكل أكثر كفاءة من ثاني أكسيد الكربون ولكنه يتحلل في الغلاف الجوي بشكل أسرع - المحررون). لذا، هل ستكون هيدرات الميثان هي المادة المسببة للانحباس الحراري العالمي؟ هل هي الضربة التالية في مجال الطاقة، أم هي المشكلة الكبرى التالية في مجال البيئة؟ إن العلماء مثل باول يبحثون عن إجابات.

صندوق أسود متجمد
بدأ باول، وهو رجل طويل القامة ذو شارب أبيض عريض ويتحدث الإنجليزية بلكنة رود آيلاند "المسطحة"، البحث عن الهيدرات في السبعينيات، عندما اشتهرت بأنها حجر عثرة أمام صناعة النفط: بلورات الجليد الخاصة بها تسد الأنابيب في الآبار حفرت عميقا تحت الماء. عندما يُطرح عليه سؤال حول الهيدرات، غالبًا ما يبدأ بموجة حماسية من الحقائق وينتهي بكآبة مؤلمة بقائمة الأشياء التي لا يعرفها. على مدار حياته المهنية، تحولت الهيدرات من ظاهرة غريبة ومقصورة على فئة معينة إلى لاعبين محتملين ذوي ثقل في نظام الكربون للأرض، مما جعلها أكثر غموضًا. في السابق، كان كل اكتشاف لرواسب جديدة أمرًا مثيرًا، ولكن "السؤال الآن هو أين لا توجد رواسب"، كما يقول باول.

ويوجد حوالي واحد بالمائة من هيدرات الميثان فعليًا على الأرض، عندما يتم ضغطها بين طبقات الجليد بالقرب من القطبين. وتوجد جميع الهيدرات الأخرى تقريباً في الأماكن التي تُعرف بأنها "منطقة استقرار الهيدرات"، حيث تسود درجات الحرارة المنخفضة والضغط المرتفع، تحت عمق لا يقل عن 300 متر من الماء. وفي هذه المناطق، تملأ شبكات واسعة من البلورات طبقات من الصخور الرسوبية التي يصل سمكها إلى 1,000 متر. وفي الأعماق يكون الميثان في حالة غازية بسبب الحرارة القادمة من باطن الأرض. تتشكل الهيدرات طوال الوقت، ولكن بشكل غير متوقع. وهي تتصلب في فراغات مسامية معينة بين حبيبات الرمل، بينما تبقى في فراغات أخرى في حالة غاز متدفق. ولا يعرف العلماء على وجه اليقين سبب تجمدها في هذه الأماكن دون أماكن أخرى.

من الضروري إجراء تحقيق دقيق في الخصائص المراوغة للهيدرات لأولئك الذين يسعون إلى الاستفادة من الطاقة المخزنة فيها: لماذا تتأرجح بين الغاز والصلب أو مدة بقاء الميثان في مكان واحد. أصبحت هذه الأسئلة أكثر إلحاحا بعد العديد من التجارب الناجحة لإنتاج الميثان. وقامت السفينة "تشيكيو" بالحفر في الصخور الرسوبية الغنية بالهيدرات، ثم ضخت المياه من محيط الحفر. أدت إزالة الماء إلى خفض الضغط المحلي وتسبب في انفصال الميثان عن شبكته الجليدية التي احتجزته في الصخر. تدفق الغاز من البئر لمدة خمسة أيام ونصف.

وتتصدر اليابان السباق الدولي، وهو صغير الحجم ولكنه مهم للغاية، لإنتاج الطاقة من هيدرات الميثان. وفي عام 2013، أنفقت اليابان 120 مليون دولار أمريكي على الأبحاث. وفي عام 2010، استثمرت الولايات المتحدة حوالي 20 مليون دولار في هذا الموضوع، ولكن في عام 2013 انخفض المبلغ إلى 5 ملايين فقط. تدير ألمانيا وتايوان وكوريا والصين والهند برامج بحثية صغيرة، بالإضافة إلى شركات النفط شل وشتات أويل. ورغم أن هذه النفقات ليست ضئيلة، فإنها تتضاءل أمام مليارات الدولارات التي أنفقتها صناعة النفط العالمية على البحث والتطوير في عام 2011 وحده.

أما اليابان، التي تكافح بسبب الحاجة إلى استيراد الطاقة، ولا تزال تتعامل مع آثار كارثة فوكوشيما النووية، فقد تتمكن من الاستفادة إلى حد كبير من الكميات الضخمة والمغرية من غاز الميثان المتساقطة على شواطئها. والولايات المتحدة لديها حافز أقل لاستكشاف إنتاج الطاقة من الهيدرات، لأنها تتمتع بوفرة من الغاز الصخري الذي يعد إنتاجه أرخص كثيراً من إنتاج هيدرات الميثان. وكندا غنية أيضًا بالهيدرات، لكنها تخلت عن برنامجها البحثي لأسباب مماثلة.

إن "الطريقة الناجحة" لاستخراج هيدرات الميثان، في حالة وجود مثل هذه الطريقة، يجب أن تعمل على تثبيت بنية الهيدرات، ودفن غازات الدفيئة التي قد يتم إطلاقها أثناء التعدين في الأرض، وبالطبع توفير الوقود. في عام 2012، حاول باحثون من هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، ووزارة الطاقة الأمريكية، وشركة كونوكو فيليبس، واليابان، والنرويج القيام بذلك بالضبط. لقد ضخوا خليطًا من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين (لمنع التجمد) في الهيدرات المغطاة بالجليد في شمال ألاسكا، وكانوا يأملون أن يقوم ثاني أكسيد الكربون بدفع الميثان إلى الخارج، ويأخذ مكانه في الشبكة، وبالتالي يحافظ على بنية الهيدرات.

وكان الميثان يتدفق من مثل هذا البئر التجريبي لمدة شهر، لكن الباحثين لم يكونوا متأكدين من أن ثاني أكسيد الكربون حل محل الميثان بالفعل. يقول راي بوسويل، مدير تكنولوجيا الهيدرات في مختبر تكنولوجيا الطاقة الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية: "الفكرة بسيطة، لكن الطبيعة أكثر تعقيدا". يقول بوسويل إن بيانات الاختبار تشير إلى "صندوق أسود فوضوي تحت السطح". وعلى الرغم من النجاح النسبي للتجربة، أرسلت شركة كونوكو فيليبس موظفيها المشاركين في البحث إلى مهام أخرى. وتبحث وزارة الطاقة عن شريك آخر في الصناعة لمواصلة التجارب.
بالنسبة لباول، توضح هذه التجربة مدى محدودية فهمنا لسلوك الهيدرات. وفي عام 2010، ترأس لجنة من الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم قامت بمراجعة اختبارات وزارة الطاقة فيما يتعلق بإنتاج الطاقة من هيدرات الميثان. توصل فريق الخبراء إلى استنتاج مفاده أنه من المرجح أن يتمكن المهندسون من التغلب على التحديات التقنية التي ينطوي عليها إنتاج الوقود من الهيدرات، ولكن يجب توضيح العديد من القضايا العلمية والبيئية والهندسية قبل اتخاذ قرار مستنير بشأن الاستمرار في هذا أم لا. . على عكس الرواسب النفطية، من الصعب رسم خريطة للهيدرات وهي غير مستقرة بطبيعتها. علاوة على ذلك، فإن تأثيرها على النظم البيئية في بيئتها يكاد يكون غير معروف. يقول باول: "أعتقد أننا لا نملك المعرفة الكافية حول عواقب استخدامها بطريقة معقولة بيئيًا".
عالقة في غرفة انتظار المطار المجمدة
إن فهم الطبيعة المراوغة وغير المتوقعة للهيدرات هو جوهر القدرة على تحديد ما إذا كان من الممكن استخراجها بشكل موثوق وما إذا كان من الممكن أن تزيد من ظاهرة الاحتباس الحراري.
فلمس الهيدرات، على سبيل المثال، يكفي لتحويلها من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية، مما يؤدي إلى إفساد التجربة. ولهذا السبب أصدر بول تعليماته لفريق "ويسترن فلاير" بعدم لمس قطعة الجليد البارزة من التل والحفر فيها حتى نهاية الغوص. كان الروبوت يحوم فوق القاع المعتم المخضر، وترتفع الكومة أمامه مثل نفطة عملاقة ذات ثقوب متناثرة هنا وهناك، كما لو أن نيزكًا صغيرًا قد ضربها. ويعتقد باول أن الثقوب هي الأماكن التي انكسرت فيها أجزاء من الهيدرات وسقطت بسبب صدمات صغيرة مثل اصطدام سمكة. أينما توجد رواسب في البحر، يمكنك رؤية رقاقات ثلجية من الهيدرات تطفو في أعقاب فقاعات الغاز، مثل المذنبات الصغيرة التي يتم سحبها في أعقابها إلى سطح الماء.
تتشكل الهيدرات وتتحلل باستمرار في جميع أنحاء منطقة الاستقرار. أثناء إحدى عمليات الغطس، كشف السونار الخاص بـ "Doc Ricketts" عن تيار من فقاعات الغاز المنبعثة من الكومة. أراد بول معرفة ما إذا كان هذا الغاز قد تم إنشاؤه في "مطبخ" ساخن في أعماق القشرة الأرضية، على غرار النفط والغاز الطبيعي، أم أنه تم إنشاؤه في عملية بيولوجية تقوم خلالها أنواع مختلفة من البكتيريا بمعالجة جزيئات المادة العضوية التي تغوص ويتراكم في الطبقة الرسوبية. تحتوي جميع الرواسب تقريبًا على غاز من مصادر حيوية، ويحتوي بعضها أيضًا على غاز من مصادر حرارية. إن فهم هذا المزيج قد يساعد في الإجابة على سؤال حول كيفية تشكل الكومة وما هو تحتها. طلب بول من العامل أن ينزل الروبوت إلى مصدر الفقاعات: شق خافت، محاط بالمحار الذي يتغذى على البكتيريا التي تعتمد على التخليق الكيميائي، وتحويل الميثان إلى طاقة.
هبط الفريق "Doc Ricketts" على الهيدرات المكشوفة، والتقطت الكاميرات على الفور سلطعونًا يستقر على الفقاعات وهو يحاول بشكل محموم أن يغرفها في فمه بكماشاته. وبما أن درجة حرارة الماء كانت درجتين فقط والضغط هائل، فسرعان ما شكل الغاز بلورات صغيرة من الهيدرات وزين أجزاء فم السلطعون بلحية بيضاء تبدو سخيفة، مما أحبط محاولاته لأكل الفقاعات. وقال عالم أحياء كان على متن السفينة إن محاولة السرطانات ابتلاع فقاعات الميثان أمر شائع، على الرغم من أنه من الواضح أنها لا تستمد أي قيمة غذائية منها.
ولتجنب نفس المشكلة التي يعاني منها مرض السرطان، قام مهندسو المعهد بتوصيل وحدة تسخين بالأنابيب التي تملأ زجاجات العينات، والتي يتحكم فيها الروبوت بالكامل. ومع ذلك، كان من الضروري إجراء عدة عمليات غوص إضافية في الأيام التالية من أجل جمع كمية كافية من العينة لتحديد النسبة بين الغازات الحرارية والغازات الحيوية في الخليط.
طلب بولس أيضًا معرفة عمر التل حتى يفهم المدة التي استغرقها تكوينه. هبط الفريق "Doc Ricketts" على حافة التل وبمساعدة ذراعيه قام بربط أنابيب خاصة به لأخذ عينات من محتوياته. كانت هناك أماكن تلتصق فيها الأنابيب بسهولة في الرواسب المجمدة والقذرة، وكانت هناك أماكن تواجه فيها مقاومة من المواد الصلبة أو الجليد أو كربونات الكالسيوم على سبيل المثال.
وفي منتصف المهمة، ظهرت فقاعات زرقاء فاتحة غريبة أمام المصابيح الأمامية للروبوت. في غرفة التحكم، افترض الجيولوجي في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية أن هذه كانت فقاعات نفطية. تحدث انسكابات النفط الطبيعية، حيث يتسرب النفط من خزانات النفط والغاز تحت الماء، طوال الوقت في قاع البحر. ويقدر تقرير صادر عن الأكاديمية الوطنية الأمريكية للعلوم، نشر في عام 2003، أن حوالي 680 مليون لتر من النفط يتسرب كل عام إلى مياه محيطات العالم. توضح هذه الفوهات، التي توجد عليها مجتمعات كبيرة من المحار والديدان والكائنات الحية الأخرى، مدى صعوبة تحديد البيئة الصحية إذا كانت تستمد الطاقة من الهيدرات.
بعد تحميل عينات الحفر التي يبلغ طولها مترين على Doc Ricketts، استغرق الأمر من الطاقم ساعة أخرى لإيصال الروبوت وحمولته إلى السفينة. عندما دخلت السفينة من خلال الأبواب المنزلقة لغرفة معادلة الضغط في هيكل السفينة، كانت تفوح منها رائحة الزيت والبيض المسلوق بقوة. وقام الباحثون بتخزين بعض العينات في المجمدات لتحليلها لاحقًا وبدأوا في معالجة بعضها على متن السفينة. تشبه نوى الحفر الموحلة خليط الكعكة. إنها تغلي من الكثير من الغاز المذاب فيها.
سارع باول وفريقه إلى معالجة العينات الأصغر حجمًا. لقد أخرجوا النوى من الأنابيب ووضعوها على صواني لقياس كل سنتيمتر من الرواسب وتحديد وقت غرقها. كان الطين المتعفن أمامي يحتوي على مشهد حفلة بكتيرية برية: تحتوي هذه الرواسب الباردة على أنواع عديدة من الكائنات الحية وحيدة الخلية التي تنتج الميثان، وتستهلك الميثان، وتستبدل جزيئات الكبريت بجزيئات الأكسجين. بلورات الهيدرات، مهما كانت كبيرة، ليست سوى محطات عبور حيث يمر الميثان من الرواسب الموجودة أسفل قاع البحر وبين المياه أعلاه. يقارن لورينسون هذه المساحة بـ "غرفة الانتظار في المطار"، حيث ينتظر الجميع دورهم في الإقلاع.
ويصف جيرالد ديكنز، عالم الأرض من جامعة رايس، هيدرات العالم بأنها مخزن ضخم من غاز الميثان الذي يصعد إلى الرواسب من الأسفل أو يتشكل فيها. يحتفظ المستودع بالغاز، ثم يطلقه ببطء في مياه البحر وربما في الغلاف الجوي أيضًا. وما لا يُعرف هو سرعة عمل هذا المخزن، أي المدة التي ينتظرها الميثان قبل أن ينبعث. وينتظر الغاز هناك لسبعة ملايين سنة وربما يتم إطلاقه بسرعة نسبية، الأمر الذي قد يؤدي إلى تفاقم ظاهرة الاحتباس الحراري.
حقيقة أن الباحثين لا يعرفون على وجه اليقين كمية الميثان المنتظرة بالفعل في هذه المستودعات في أعماق البحر، تزيد من عدم اليقين. وفي عام 2011، توصل ديكنز، بناءً على العديد من الدراسات، إلى تقدير يتراوح بين 170 إلى 12,700 مليار طن من الكربون، وهو نطاق واسع جدًا يوضح حجم عدم اليقين. ويشير الحد الأعلى من نطاق التقدير إلى أن رواسب هيدرات الميثان قد تخزن أكثر من ثلاثة أضعاف إجمالي الكربون في جميع احتياطيات الوقود الأحفوري الكمية، وهو ما يقدر بـ 4,000 مليار طن من الكربون.

موجات تسونامي من الميثان
ولكونها مخزنة، يمكن للهيدرات أيضًا إطلاق كميات كبيرة من الطاقة في وقت واحد، الأمر الذي يثير قلق الباحثين من جوانب المناخ والموارد. نظرًا لأن الهيدرات تتمتع بخاصية طفو عالية، فقد تكون خطيرة إذا تم إزعاجها بسبب هدوءها. عندما يتم إحضار متر مكعب من الهيدرات إلى درجة الحرارة والضغط المحيطين الطبيعيين، فإنه يتضخم إلى 164 مترًا مكعبًا من غاز الميثان و0.8 متر مكعب من الماء. عندما تهز الزلازل الهيدرات، يمكن أن تؤدي مثل هذه التورمات إلى انهيارات أرضية، مما قد يؤدي إلى حدوث تسونامي. ويعتقد العلماء أن تأثير الدومينو هذا هو المسؤول عن "انهيارات ستورغا الأرضية" التي ضربت الجزر البريطانية قبل 8,100 عام، وأيضا عن "تسونامي سيسانو" الذي أودى بحياة أكثر من 2,000 شخص في بابوا غينيا الجديدة عام 1998.
يمثل منع مثل هذه الكوارث الجيولوجية تحديًا يواجه أي شخص يرغب في استخراج الهيدرات لأغراض الطاقة. لاستخراج النفط والغاز التقليدي، يتم حفر الصخور في خزانات مغلقة تحت الأرض. لكن الميثان الموجود في الهيدرات موجود في مادة صلبة تحتاج إلى تغيير حالة تجمعها إلى غاز من أجل استخلاص الميثان منها، مما يؤدي إلى اهتزاز الهيكل بأكمله.
القلق العالمي الأوسع هو ما يحدث للميثان بعد تحلل الهيدرات. وإذا تم إطلاقه في الغلاف الجوي ولم يبقى في البحر، فقد يكون له تأثير كبير على المناخ. لقد حدث أن رأيت قطعة من الهيدرات ترتفع في عمود الماء. وخلال إحدى عمليات الغطس، قام الروبوت بقطع قطعة من الهيدرات بحجم البطيخة من الجزء المكشوف على عمق 1,800 متر. تم سحب الكتلة العائمة إلى الأعلى، وواجه الروبوت صعوبة في إدخالها في الكيس الشبكي. أحد الباحثين الذين لاحظوا المحاولة أطلق على الرقصة المحبطة اسم "كرة السلة ذات الجاذبية العكسية". من غرفة التحكم، يبدو أن الكرة تظل سليمة إلى حد ما في المياه العميقة. ولكن عندما ذهب الروبوت فوق منطقة الاستقرار، تم إطلاق المزيد والمزيد من الغاز، وكان الكيس مغطى بكتلة من الفقاعات. وعندما وصل الروبوت أخيرًا إلى سطح الماء، انخفض حجم الهيدرات إلى حجم بضع ملاعق صغيرة.
وعلى متن السفينة، سارع لورينسون إلى غمر العينة المختفية في النيتروجين السائل للحفاظ عليها لاختبارها لاحقًا. كما أشعل النار في جزء صغير من العينة وعرض عليّ أن أتذوق لقمة أخرى منها. كانت المادة تفور في الفم وتثير الغثيان كما هو متوقع من مثل هذه المشروبات الغازية، باستثناء مذاق عطري كان تقريبًا نعناعًا.
يمكن أن يشير هذا الارتفاع الجامح إلى سطح الماء إلى كمية غاز الميثان التي سيتم إطلاقها في الهواء. يستخدم الكيميائي البحري بيتر بروير من معهد خليج مونتيري التصوير المقطعي بالليزر لفحص الهيدرات العائمة. وجد أنهم كانوا ينهارون من الداخل والخارج. وأظهرت تجربة أخرى أن الفقاعات تشكل نوعًا من الأصداف الرقيقة من الهيدرات، مثل كرات بينج بونج التي تنفجر وتجري في كل مكان أثناء ارتفاعها. يقول بروير إن اكتشاف فيزياء وكيمياء انهيار الهيدرات سيساعد الباحثين على تحديد مكان حدوثه في عمود الماء، وكيف تستهلك الكائنات الحية الدقيقة البحرية غاز الميثان، وكم يصل عادة إلى سطح الماء، إن وجد، وكم من غاز الميثان يصل إلى سطح الماء. ومن المتوقع أن يدخل غاز الميثان إلى الغلاف الجوي.

مسدس الدخان
يمكن أن تساعد هذه المعرفة في تسوية جدل ساخن يدور بين العلماء منذ أكثر من عقد من الزمن: ما إذا كان ارتفاع درجة حرارة المحيطات يمكن أن يؤدي إلى انبعاث كميات كبيرة من غاز الميثان وما إذا كان هذا الإطلاق يمكن أن يعطل قدرة المحيطات على امتصاص غاز الميثان. . هناك نظرية مبكرة تُعرف باسم "فرضية بندقية الكلاثرات" (فرضية بندقية الكلاثرات، في هذا السياق، الكلاثرات هي مرادف للهيدرات - المحررون) تدعي أن تراكمات الهيدرات تتراكم ثم تطلق الميثان في أحداث كارثية دورية مرة كل بضعة آلاف من السنين. لا يوجد دليل على مثل هذه الدورات في السجل الأحفوري، ولكن من الممكن أن يكون إطلاق واحد لكمية كبيرة من غاز الميثان قبل 55 مليون سنة قد ساهم في ارتفاع درجة حرارة الأرض بسرعة في حدث أدى إلى وصول درجات الحرارة إلى الذروة، والمعروفة باسم "الحد الأقصى الحراري" (PETM).
في المقابل، تشير النماذج التي صممها ديفيد آرتشر من جامعة شيكاغو إلى أن الهيدرات قد تطلق غاز الميثان بشكل مستمر على مدى آلاف السنين، وهو إطلاق يمكن أن يؤدي إلى تغير كبير في ظاهرة الاحتباس الحراري: حيث سيؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى أكسدة بعض الهيدرات في البحر إلى ثاني أكسيد الكربون، CO2، ويمتد اتجاه الاحترار.
وقد يكون هناك خطر أكثر إلحاحًا يتمثل في الهيدرات الأرضية المحاصرة تحت الجليد في منطقة القطب الشمالي، وتلك الموجودة في المياه الضحلة بالقرب من الساحل في هذه المناطق. أكد فريق بقيادة ناتاليا شاخوفا من جامعة ألاسكا في فيربانكس في نوفمبر 2013 أن الجرف الجليدي الشرقي لسيبيريا ينبعث 17 مليون طن من الميثان في الغلاف الجوي كل عام، أي ضعف التقديرات السابقة. واكتشفت شاخوفا كمية كبيرة من فقاعات الميثان تتصاعد من رواسب الهيدرات المغطاة بالجليد على عمق 50 مترًا تحت سطح الماء. وفي العواصف التي تتكرر على المنطقة تبدو هذه الفقاعات منتشرة في الغلاف الجوي بشكل مباشر. قبل إجراء مزيد من التحقيق، من المستحيل معرفة ما إذا كانت هذه الديناميكية تميز منطقة القطب الشمالي بأكملها، ولا حتى إذا كان المصدر الرئيسي للميثان هو في الهيدرات أو في الجليد البحري. وهذا أيضًا "صندوق أسود" آخر في صورتنا للعالم، والأبحاث التي أجريت على سفينتنا زادت من الغموض. وفي آخر يوم لي في البحر، قام بول بفحص بعض عينات الحفر الصغيرة في «المختبر الرطب» الكبير التابع لـ«ويسترن فلاير»، تمهيدًا لنتائج تحليل العينات الطويلة المجمدة، والتي سيتم إجراؤها في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. وافترض أن الرواسب التي رأيناها في أعلى التل كانت جديدة نسبيا، وكان بإمكانه اختبار هذه الفرضية من خلال البحث عن آثار لمادة دي دي تي في العينة، وهي مادة لم تظهر إلا بعد عام 1945. ولكن يبدو أن الرواسب قد تضخمت مثل البثور. في قاع المحيط، مما يشير إلى أنها تراكمت على مدى حوالي 10,000 عام، وهي لا تزال جيولوجية جديدة نسبيًا.
وفي وقت لاحق، كشف تحليل أجزاء الهيدرات المجمدة التي أرسلها لورنسون إلى مدرسة كولورادو للمناجم أن الكومة لا تحتوي على غاز الميثان الخاص بها فحسب، بل تحتوي أيضًا على نظام من الخزانات تحتها. وجد باحثو كولورادو عدة نسب مختلفة من نظائر الكربون، وبالتالي يأتي الميثان الموجود في الهيدرات من خزانين مختلفين عميقين وساخنين ونوعين مختلفين من الغاز الحيوي.

وهذا يعني أن الغاز تدفق من مصدر ساخن وغير معروف في أعماق القشرة الأرضية. جمع معه غازًا آخر من مصدر ساخن أقل عمقًا ثم زحف عبر الرواسب وأضاف إليه الغازات الحيوية، بما في ذلك الغاز الذي أنتج البكتيريا التي تحلل النفط الخفيف إلى غاز الميثان. تفاجأ لورنسون قائلاً: "إن هذا يظهر مدى تعقيد هجرة [النفط والغاز]. لا نفهم ما يفعله كل هؤلاء اللاعبين الرئيسيين هناك".

أثناء محاولته قياس تل واحد فقط، يواجه الروبوت عالمًا أكبر بكثير يقع تحته. لم تكن تلتنا أكثر من مجرد سدادة صغيرة تغلق خزانًا ضخمًا من الميثان والنفط. لقد اتضح أن هيدرات الميثان تتحدىنا بأسئلة بسيطة مثل ما إذا كانت نعمة حيوية أم نقمة مناخية، وتطرح ألغازًا أكبر بكثير فيما يتعلق بعمل الأنظمة العالمية والجداول الزمنية التي تخضع لها. يحتاج العلماء إلى الإجابة على هذه الأسئلة، والاستثمار بشكل أكبر في علوم الأرض الأساسية، لفهم كيفية ربط هذه المادة الغامضة بين الكربون من الحياة التي عاشت ذات يوم على الأرض ومستقبل الكوكب.

على دفتر الملاحظات
ليزا مارجونيلي مؤلفة كتاب "زيت على الدماغ: رحلة البترول الطويلة والغريبة إلى خزان الوقود". وهي تعمل حاليًا على تأليف كتاب عن النمل الأبيض لمجلة Scientific American وFarrar Strauss & Giroux.
باختصار
هيدرات الميثان عبارة عن رواسب كبيرة من الغاز محاصرة في هياكل جليدية واسعة تحت قاع البحر بالقرب من الساحل. ويمكن تخزين المزيد من الطاقة فيها أكثر من جميع احتياطيات النفط والفحم والغاز الطبيعي في العالم.
ويبحث العلماء في الأماكن التي تبرز فيها الهيدرات إلى السطح لتحديد كيفية استخلاص الطاقة منها. كما أنهم يختبرون ما إذا كان غاز الميثان سيتم إطلاقه بسهولة مع ارتفاع درجة حرارة مياه البحر بسبب ظاهرة الاحتباس الحراري. وفي هذه الحالة، يمكن أن تنبعث من الرواسب كميات هائلة من الغازات الدفيئة.
وفي سيناريو كارثة آخر، يمكن أن تتفكك الرواسب بسرعة بسبب الزلازل، ويمكن أن يسبب الغاز المتوسع موجات تسونامي.
المزيد عن هذا الموضوع
هيدرات الميثان وتغير المناخ المعاصر. كارولين د. روبل في المعرفة التعليمية للطبيعة، المجلد. 3، لا. 10، المادة رقم. 29؛ 2013.
مدونة تابعت الحملة البحثية الموضحة في المقالר:

الميثان: التهديد ينبثق من القاع. بقلم كاتي والتر أنتوني، مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل، أبريل/نيسان-مايو/أيار 2010.