Foto fra tokt i Framstredet vest for Svalbard. Foto: Andreia Plaza-Faverola
Naturlige gassutslipp fra havbunnen – havbunnslekkasjer – er et globalt fenomen, og godt representert i hele Barentshavet og i Polhavet. Gassen kan produseres av mikrober rett under overflaten, komme fra dypere reservoarer (der vi har hentet ut hovedkilden til energien vår i flere tiår) eller den kan være dannet av kjemiske transformasjoner av mineraler ved svært høye temperaturer, dypt i jordskorpen.
Dannelse og transport av gass opp mot havbunnen er noe vi har kunnskap om, for eksempel vet vi at gassen beveger seg oppover som følge av oppdrift, og at den beveger seg raskere gjennom åpne sprekker i sedimenter.
Samtidig sitter vi fortsatt igjen med flere ubesvarte spørsmål, som for eksempel: hvorfor finnes det steder som har hatt lekkasjer i fortiden (sedimentologiske og seismiske data beviser dette), men ikke har det i dag? Hvorfor ser vi ikke lekkasjer i andre områder som også har tilstedeværelse av gass under havbunnen? Hvilke krefter styrer transporten av gass opp til havbunnen på flere tidsskalaer?
I løpet av de siste fem årene har SEAMSTRESS-prosjektet (Tectonic stress effects on Arctic methane seepage) samlet inn nye petrofysiske, geomekaniske, seismiske og seismologiske data for å gjøre tverrfaglige analyser av kreftene bak naturlige lekkasjer av gass på den arktiske havbunnen.
Følger tidevannsrytmen
En av hovedobservasjonene fra integrerte seismiske og piezometer-data (trykk, P, og temperatur, T) analyser, (se illustrasjon 1 under), er at tidevannet utøver tilstrekkelig kraft til å utløse bevegelse av gass og vann som er fanget noen få meter under havbunnen.
Denne mekanismen er effektiv selv på vanndyp på hundrevis av meter. Målinger fra trykksensorer som overvåket sedimentene over flere dager viste at intensiteten og periodisiteten av gassutslippene følger tidevannsrytmen.
På samme måte viste svake vibrasjoner registrert av havbunnseismometre en periodisk endring i intensitet som kan sammenlignes med tidevannet. Disse dataene tyder i kombinasjon på at sprekker i sedimentene er fylt med gassrike væsker som pumpes ut på havbunnen i episoder med varierende intensitet i løpet av en enkelt dag (illustrasjon 1).
Istidenes påvirkning
Gasslekkasjer fra havbunnen har også gjennomgått endringer på større geologiske tidsskalaer. Matematiske analyser av 3D seismiske data i Framstredet viser at gjennom de siste 2,7 millioner år har det vært minst tre store perioder med kraftige utslipp.
Disse kan sees i sammenheng med betydelig oppsprekking av sedimentære lag: for ca. 1,5 – 0,7 millioner år siden (når de glasiale syklusene gikk fra å være hvert 45 000 år til å være hvert 100 000 år); for ca. 130 000 år siden (da den nest siste istiden startet); og for ca. 16 000 år siden, etter den siste istids maksimum (illustrasjon 2).
Disse endringene er påvirket av tektonisk spredning og glasial isostasi langt fra isbreene. Måten gassen når opp til sedimentene under havbunnen, er svært avhengig av avstanden fra midthavsryggen. Jo nærmere kontinentalsokkelen, desto større blir innflytelsen av glasial tektonikk på transporten og lekkasjene av gass.
Fra porer til havbunnen
Integrasjon av geomekaniske (målinger av sedimentegenskaper fra kjerneprøver på laben) og petrofysiske (in-situ trykk- og temperaturmålinger) målinger langs vest-Svalbard-marginen, tyder på at tidevannspumping av gassbobler påvirker sedimentstrukturen ved å få gassboblene til å ekspandere og kollapse rytmisk, noe som gjør sedimentene svakere.
Disse dataene viser også at sedimentene blir mindre forstyrret når gassen transporteres dominerende ved adveksjon (rask strømning via åpne sprekker og forkastninger) sammenlignet med når gassen transporteres ved diffusjon (sakte bevegelse fra pore til pore sammen med vann).
Vi tolker denne observasjonen som en indirekte indikasjon på forkastninger, som under dagens stressregime, er mer åpne for væsker når marginen nærmer seg Svalbard. Korrelasjonen av jordskjelv registrert over en ettårsperiode i området med seismiske data av forkastninger, støtter observasjonen om at noen sedimentære forkastninger er mer aktive, antagelig på grunn av justeringer av tunge sedimentpakker over gamle riftstrukturer, eller på grunn av glasial isostasi.
Fysiske simuleringer har vist at det er mange trykkfaktorer som styrer om gassen beveger seg mot havbunnen i dag. En viktig faktor er kapillæreffekten – trykket som utøves ved kontakt mellom ulike typer væsker, for eksempel gass og vann.
Sedimentene under havbunnen i Framstredet er finkornede (leire), med små porer, lav permeabilitet og høyt kapillærtrykk. Dette betyr at selv små mengder av gass i sedimentene (for eksempel under gasshydrater, som er en blanding av fryst gass og vann) er tilstrekkelig til å utløse væskebevegelse hvis det eksisterer sprekker. Men de regionale og lokale spenningsfeltene (kraften som utøves av platetektonikken eller ved postglasiale justeringer, og stress utøvet av vekten av sedimentene), kan motvirke væsketrykket og holde gassen stabil under havbunnen.
Vi har her oppsummert noen av høydepunktene fra den spennende forskningen SEAMSTRESS-teamet har utført. Store mengder tverrfaglige data er samlet inn og er tilgjengelig for nye studier (UiT åpen tilgang database DataverseNO).
Vi gleder oss til fremtidige samarbeid og inviterer leserne av geoforskning.no til å ta kontakt med oss!
SEAMSTRESS-prosjektet er tilknyttet Institutt for geovitenskap, UiT Norges arktiske universitet. Den er finansiert av to startstipend, ett fra Norges forskningsråd og et fra Tromsø Forskningsstiftelse (TFS). Felteksperimenter og modelleringsøvelser har vært mulig takket være nært samarbeid med kollegaer fra Uppsala Universitet, Ifremer, AWI, NGI, University of Texas at Austin og Geomar.
For å lære mer om prosjektet, forskningstokt, publikasjoner og se spektakulære bilder fra arktiske havområder, besøk prosjektets hjemmeside: https://site.uit.no/seamstress/
PRZEMYSLAW DOMEL, ANDREIA PLAZA-FAVEROLA OG ALLE PROSJEKTDELTAKERNE
