Atmosfärens koncentration av metan, en stark växthusgas, har nästan tredubblats sedan industrialiseringens början. Metanutsläpp från naturliga källor är dåligt kända. Detta är särskilt fallet för utsläpp från Ishavet.

Ishavet är en tuff arbetsmiljö. Det är därför många vetenskapliga expeditioner genomförs under sommaren och början av hösten, när vädret och vattnet är mer förutsägbart. De flesta extrapolationer om mängden metan som släpps ut från havsbotten, baseras alltså på observationer gjorda under de varmare månaderna.

"Detta betyder att de nuvarande klimatgasberäkningarna bortser från de möjliga säsongsbetonade temperaturvariationerna. Vi har funnit att säsongsmässiga skillnader i bottenvattentemperaturer i Ishavet varierar från 1,7°C i maj till 3,5°C i augusti. Metanet sipprar in kallare förhållanden minskar utsläppen med 43 procent i maj jämfört med augusti." säger oceanografen Benedicte Ferré, forskare vid CAGE Center for Arctic Gas Hydrate, Miljö och klimat vid UiT Norges arktiska universitet.

"Just nu, det finns en stor överskattning i metanbudgeten. Vi kan inte bara multiplicera det vi hittar i augusti med 12 och få en korrekt årlig uppskattning. Vår studie visar tydligt att systemet övervintrar under den kalla årstiden."

Ett fruset lock ovanpå stora metanansamlingar

Studien genomfördes väster om den norska arktiska skärgården Svalbard – ett område som påverkas av en gren av Nordatlantens havsström som kallas West Spitzbergen Current. Observationerna gjordes på 400 meters vattendjup, där havsbotten är känd för sina många metan sipprar.

"Vi ser bubblor från metan som sipprar ut som flammor under ekolodsundersökningar. Det finns gott om dem i det här området. De kommer förmodligen från fri gas som vandrar uppåt från reservoarer, genom sedimentära lager eller tektoniska förkastningar." säger Ferré.

Området i fråga ligger på gränsen till så kallad gashydratstabilitetszon. Gashydrater är fasta, isiga föreningar av vatten och, ofta, metan. De förblir fasta under havsbotten så länge temperaturen är kall och trycket tillräckligt högt.

Bottenvattentemperaturerna påverkar gränsen för denna stabilitetszon.

"Hydraterna bildas från den uppåtgående metangasen, i de översta sedimenten. Detta kan ske snabbt med tillräckligt kallt vattentemperatur. Så, vi får det här hydratlocket som innehåller dessa stora ansamlingar av växthusgaser och saktar ner utsläppshastigheten under kalla perioder. Detta lock töms sedan under sommaren, med varmare temperaturer. Bottenvattenuppvärmningen påverkar jämvikten och vi får säsongsvariationer av metanutsläppen."

Säsongsförändringar påverkar starkt metankrävande bakterier

Lyckligtvis, mer än 90 procent av metanet som frigörs från havsbotten når aldrig atmosfären. Delvis på grund av de fysiska egenskaperna hos själva havet som strömmar och skiktning av vattenpelaren.

Metan konsumeras också av specifika bakterier (metanotrofer) i vattenpelaren. Dessa påverkas i hög grad av de säsongsvariationer som beskrivs här. I överraskande utsträckning.

"Aktiviteten hos de metanotrofa bakterierna minskar mycket under de kallare perioderna. Vilket är lite logiskt då det finns mindre metan att konsumera. metanutsläppen minskar med 43 procent, och man skulle kunna tro att bakterieaktiviteten minskade därefter. Men bakterieaktiviteten minskar med vissa storleksordningar trots att det fortfarande finns metan i vattnet. Det finns väldigt lite metanotrofer i systemet under vintern, säger medförfattare till studien Helge Niemann, professor i geomikrobiologi vid Royal Netherlands Institute of Sea Research (NIOZ).

Säsongsförändringarna har varit viktiga för att förstå primärproduktionen i havet under lång tid. Men biogeokemiska processer, såsom metanoxidation av bakterier, har inte ansetts vara starkt påverkade av säsongsförändringar. "I detta dokument bevisar vi att antagandet är felaktigt, säger Niemann.

Nästa steg är att göra fler vinterkryssningar för att ta hänsyn till säsongsmässiga förändringar relaterade till West Spitzbergen som strömmar hela vägen från norska arktiska till östsibiriska hyllan.

Potentiell tipppunkt

Hur metan kommer att reagera i framtida havstemperaturscenarier är fortfarande okänt. Ishavet förväntas bli mellan 3 ° C och hela 13 ° C varmare i framtiden, på grund av klimatförändringar. Studien i fråga ser inte in i framtiden, men fokuserar på att korrigera de befintliga uppskattningarna i budgeten för metanutsläpp. Dock:

"Vi måste beräkna systemets särdrag väl, eftersom haven värms upp. Systemet som detta kommer sannolikt att påverkas av det värmande havsvattnet i framtiden, "säger Benedicte Ferré. En konsekvent varm bottenvattentemperatur under en 12-månadersperiod kommer att påverka detta system.

"Vid 400 meters vattendjup är vi redan vid gränsen för gashydratstabiliteten. Om dessa vatten bara värms upp med 1,3°C kommer detta hydratlock permanent att lyftas, och släppet kommer att vara konstant, säger Ferré.