Gashydrater är en fast förening av gaser och vatten som har en isliknande struktur vid låga temperaturer och höga tryck. Föreningar av metan och vatten, så kallade metanhydrater, finns särskilt vid många havskanter - även i Svarta havet. Förutom en möjlig användning som energikälla, metanhydratavlagringar undersöks för deras stabilitet, eftersom de kan lösas upp med förändringar i temperatur och tryck. Förutom utsläpp av metan, detta kan också ha en inverkan på ubåtssluttningens stabilitet.

Under en sexveckorsexpedition med det tyska forskningsfartyget METEOR hösten 2017, ett team från MARUM och GEOMAR undersökte en metanhydratavlagring i djuphavsfläkten av Donau i västra Svarta havet. Under kryssningen, som var en del av det gemensamma projektet SUGAR III "Submarine Gas Hydrate Resources" gemensamt finansierat av BMWi och BMBF, gashydratavlagringarna borrades med den mobila bottenutrustningen för havsbotten MARUM-MeBo200. Resultaten av undersökningarna, som nu har publicerats i den internationella tidskriften Earth and Planetary Science Letters, har gett forskarna nya insikter om förändringar i stabiliteten hos gashydrater.

"Baserat på data från tidigare expeditioner, vi valde två arbetsområden där, å ena sidan, metanhydrat och fri metangas samexisterar i de övre 50 till 150 meterna i hydratstabilitetszonen och, å andra sidan, ett jordskred och gasläckor hittades direkt vid kanten av gashydratstabilitetszonen, " förklarar Prof. Dr. Gerhard Bohrmann, expeditionsledare från MARUM och medförfattare till studien. "För våra undersökningar använde vi vår borranordning MARUM-MeBo200 och slog alla tidigare djuprekord med ett maximalt djup på nästan 145 meter."

Förutom att ta prover, forskarna var, för första gången, även kunna utföra detaljerade in situ temperaturmätningar ner till basen av gashydratstabiliteten under havsbotten. Tidigare, denna baslinje bestämdes med seismiska metoder, från vilken den så kallade "bottom simulating reflector" (BSR) erhölls som en indikator på denna bas. "Dock, vårt arbete har nu för första gången bevisat att tillvägagångssättet med BSR inte fungerar för Svarta havet, " förklarar Dr. Michael Riedel från GEOMAR, huvudförfattare till studien. "Ur vår synvinkel, gas-hydratstabilitetsgränsen har redan närmat sig de varmare förhållandena i underjorden, men den fria metangasen, som alltid finns vid denna nedre kant, har ännu inte lyckats resa sig med den, " Fortsätter Riedel. Orsakerna till detta kan tillskrivas sedimentens låga permeabilitet, vilket betyder att metangasen fortfarande "fastnar" där nere och bara kan stiga mycket, mycket långsamt under sin egen kraft, enligt forskaren.

"Dock, våra nya analyser av de seismiska data har också visat att metangasen på några få ställen kan bryta igenom BSR. Där, en ny BSR håller på att etablera sig över den "gamla" reflektorn. Detta är nytt och har aldrig setts förut, " säger Dr Matthias Haeckel, medförfattare till studien från GEOMAR. "Vår tolkning är att gasen kan stiga på dessa platser, eftersom störningar i havsbotten här gynnar gasflödet, "Haeckel fortsätter.

"Sammanfattningsvis, vi har hittat en mycket dynamisk situation i denna region, som också verkar ha samband med utvecklingen av Svarta havet sedan den senaste istiden, " säger Michael Riedel. Efter det sista glaciala maximumet (LGM), havsnivån steg (tryckökning), och när den globala havsnivån steg över tröskeln till Bosporen, saltvatten från Medelhavet kunde fortplanta sig i Svarta havet. Före det, detta havsbassäng var i princip en sötvattensjö. Dessutom, global uppvärmning sedan LGM har orsakat en temperaturhöjning av bottenvattnet i Svarta havet. Kombinationen av dessa tre faktorer - salthalt, tryck och temperatur - hade drastiska effekter på metanhydraterna, som sönderfaller till följd av dessa effekter. Den aktuella studien exemplifierar de komplexa återkopplingarna och tidsskalorna som inducerar klimatförändringar i den marina miljön och är därför väl lämpad för att uppskatta de förväntade konsekvenserna av dagens snabbare globala uppvärmning – särskilt på de arktiska gashydratavlagringarna.

Kryssningsledaren Gerhard Bohrmann sammanfattar:"I slutet av SUGAR-3-programmet, borrkampanjen med MeBo200 i Svarta havet visade oss återigen mycket tydligt hur snabbt metanhydratstabiliteten i havsavlagringarna också förändras med miljöfluktuationer."