|
Denne side er et supplement til BioNyt
nr.128.
Du kan tegne abonnement på BioNyt: Videnskabens verden
her! eller gå til BioNyts Internetside
her!
Gashydrat og methanædende bakterier i havbunden
Hvordan ser gashydrat ud?
Et stykke gashydrat ligner et stykke is, men med den forskel, at man kan afbrænde den gas, som frigøres når "isen" smelter. Man taler derfor om "brændende is".
|
| 
| Brændende gashydrat i hænderne på forskerne.
Foto: IFM-GEOMAR
|
|
|
|
| Skematisk tegning af gashydratstrukturen.
Vandmolekyler er angivet med blå farve, og gasmolekylet er angivet med grøn farve
|
|
|
|
Hvad er gashydrat og hvorfor skal vi interessere os for det?
Gashydrat er en kemisk forbindelse på havbunden, hvori der forekommer vandmolekyler - opbygget i en ostelignende struktur - men sådan, at gassen er pakket på en meget tæt måde, således at man af 1 liter gashydrat kan udvinde ikke mindre end 163 liter gas. Dette kan udnyttes til energiproduktion, men rummer også en miljørisiko, hvis gassen skulle slippe fri på ukontrolleret måde. Dette ville kunne ske ved klimaændringer og måske ved jordskælv.
Hvordan dannes gashydrater?
For at gashydrater kan dannes kræves dels forekomst af gas i form af methan, ethan og/eller kuldioxid, dels lave temperaturer og/eller højere tryk.
Hvor findes gashydrater?
Gashydrater findes i havbunden visse steder, men også på land, nemlig i permafrostjord, dvs. på steder hvor jordbunden altid er frossen. I havet er gashydraterne stabile på ca. 500 meters dybde, ved en gennemsnitlig temperatur på 4°C.
Hvor længe har man kendt til gashydraterne?
På grundlag af kemiske forsøg har man siden begyndelsen af det 19. århundrede kendt til eksistensen af gashydrater. I det 20. århundrede opdagede man, at gashydratdannelse var årsag til transportproblemer i pipelines, som tilstoppede, fordi der dannedes gashydrat (formentlig på grund af højt fugtindhold i den methanholdige gas, man tidligere anvendte).
Hvornår opdagede man gashydraten i havbunden?
Russiske forskere postulerede i 1970'erne, at der var gashydratforekomster i form af fossile jordgasser på havbunden. Dette blev bekræftet ved seismiske undersøgelser og prøveudtagninger i bl.a. Sortehavet, det nordøstlige Stillehav og Den mexicanske Golf.
Hvor meget energi repræsenterer gashydraterne i havbunden?
Man skønner, at gashydratforekomsterne udgør 10.000 gigaton kulstof - dvs. omkring den dobbelte mængde af kulstof, som er til rådighed i form af andre fossile brændstoffer som olie og kul.
Hvorfor udnytter man ikke gashydraterne på havbunden i dag?
Interessen for gashydraterne er steget meget i de sidste 20 år, men endnu kan det ikke betale sig at udnytte gashydratforekomsten på havbunden. I fremtiden vil det kunne betale sig, når der bliver mangel på olie og kul. Men størstedelen af gashydratforekomsterne befinder sig langt under havoverfladen og kan kun nås ved boring fra boreplatforme og dybhavsboreskibe.
Er der andre grunde til at interessere sig for gashydraterne?
Gashydrat er på grund af deres cementlignende hårdhed vigtig for stabiliteten af overgangen mellem kontinenterne og dybhavet, altså for kontinentranden. Hvis gashydraterne mister deres stabilitet, f.eks. ved sænkning af havspejlet eller ved opvarmning af havet, kan det føre til udskridning af kontinentranden i havet, og det vil føre vældige masser af slam til dybhavet. Det kan få katastrofale følger for kystområderne, som jo ofte er tæt beboede. Hvis kontinentranden rutsjer ned i havdybet vil det suge havoverfladen ned, hvorved der vil dannes en gigantsk flodbølge - en tsunami - og undersøgelser tyder på at en sådan katastrofe skete for kun 8.000 år siden ud for Norges kyst.
Kan frigivelse af gashydrat medføre klimaændringer?
Størstedelen af gashydrat er dannet af fossil methangas, og man taler derfor om methanhydrat. Methan er en stærk drivhusgas. Methan har den egenskab, at dens evne til at tilbagekaste varmestråling er ca. 30 gange stærkere end kuldioxids evne. Hvis en større mængde gashydrat blev opløst ville det derfor kunne medføre en drivhuseffekt, som kan forskyde rytmen mellem istider og mellemistider!
Har frigivelse af gashydrat medført klimaændringer tidligere?
Ja, palæooceanografiske undersøgelser tyder på, at en enorm frigørelse af methangas skete en gang for ca. 55 milloner år siden - så det er ikke et teoretisk scenarie.
Kan det være farligt at udnytte gashydraten som energikilde?
Hvis man vælger at udnytte gashydraterne som energikilde, gælder det om at tænke på, om omfattende nedbrydning af gashydrater i havbunden kan føre til dannelse af ødelæggende flodbølger eller klimaændringer
Hvorfor interesserer marin-mikrobiologer sig for gashydrat?
Det høje svovlbrinteindhold i gashydratholdige overfladesedimenter visse steder i havet skyldes mikrobiologiske processer, såkaldt anaerobisk methanoxidation.
Det er anderledes end den aerobe methanoxidation, hvorved mikroorganismer oxiderer methan til kuldioxid ved brug af ilt. Ved den anaerobe methanoxidation bliver methan oxideret med sulfat, som findes opløst i havvandet, hvorved der dannes kuldioxid og svovlbrinte (også for kortheds skyld kaldt "sulfid").
Hvilke mikroorganismer danner svovlbrinte i havet?
To typer af mikroorganismer, som lever i en slags samliv, er ansvarlig for svovlbrintedannelsen: Archaebakterier, som oxiderer methan, og sulfatreducerende bakterier, som ved hjælp af sulfat oxiderer et endnu ukendt mellemprodukt af methan. Den samlede proces er ikke mulig uden samarbejde mellem begge disse typer af mikroorganismer.
Hvor findes der anaerob methanoxidation?
Undersøgelser verden over viser, at anaerob methanoxidation forekommer overalt i havene, hvor er methan og sulfat til stede. Formodentlig ville vores klima være anderledes, hvis disse mikroorganismer ikke udførte dette arbejde, hvorved de nedsætter frigivelsen af methan, som ellers ville have en kraftig drivhusvirkning.
Hvilken rolle spiller bakterier i havbunden?
På særlige "hydratrygge" i havbunden, hvor der er høje koncentrationer af methan til rådighed, finder man en høj koncentration af biomasse, hvor op til 90% af bakteriecellerne forekommer som celleklumper, bestående af en blanding af methanoxiderende archaebakterier og sulfatreducerende bakterier. Disse bakterier er i stand til at oxidere mellem 30 og 100% af den methan, der er opløst i væsken, før det når op i havet. Denne høje aktivitet medfører en enorm ophobning af sulfid i havbunden. Dette sulfid bliver derefter udnyttet af kemosyntetiske organismer, som oxiderer sulfid ved hjælp af ilt eller nitrat, og derved udvinder energi. På havbundens "hydratrygge" finder man derfor en tyk måtte af sulfidoxiderende bakterier af slægten Beggiatoa. På grund af disse bakteriers trådlignende form betegnes de i forskerjargon som "spaghetti-bakterier". Disse bakterier lever i grænselaget mellem sulfid og ilt, og dermed findes de især direkte på sedimentoverfladen. Derfor kan man bruge forekomst af disse bakterier som en indikator for gashydratforekomst nær sedimentoverfladen.
Lever der højerestående dyr på methanholdige steder på havbunden?
Ja, der findes andre kemosyntetiske organismer, som muslinger af slægterne Calyptogena og Acharax. De holder sulfidoxiderende bakterier i deres gæller, og forsyner dem via blodkredsløbet med sulfid og ilt. Muslingerne lever af disse bakterier. På de steder i havbunden, hvor methan stiger op fra sedimentoverfladen, findes også andre særlige livsformer, som direkte eller indirekte lever på grundlag af tilstedeværelsen af methan.
Hvorfor dannes kalkaflejringer på hydratryggene?
Kalkaflejringerne skyldes endnu en kemisk proces, som er koblet til den anaerobe methanoxidation, nemlig dannelsen af karbonater. På grund af, at der under methanoxidationen sker en forskydning af pH-værdien i retning mod det basiske område, foreligger det dannede kuldioxid som store mængder bikarbonat og det reagerer med calciumioner til dannelse af calciumkarbonat. Udfældning af disse karbonater på havbundens hydratrygge kan være så massive, at de gennem lang tid har dannet hele karbonatlandskaber. Karbonaterne bruges som fasthæftningssted for fastsiddende organismer som søanemoner og andre dyr.
Hvad skyldes den orange farve af sedimenterne i Den mexicanske Golf?
I Den mexicanske Golf opstiger foruden methangasser også jordolier op i havet, og disse steder dannes særlige gashydratstrukturer, som på grund af indholdet af olie er farvet orange.
|
| 
| Et stykke gashydrat med flere indesluttede lag sediment.
Foto: IFM-GEOMAR
|
|
| 
| Forskningsskibet "Sonne" på en gashydratekspedition. Skibet hører med sine næsten 100 m til de største tyske forskningsskibe.
Foto: IFM-GEOMAR
|
|
| 
| Topografiske kort over hydratryggene.
Foto: Gerhard Bohrmann, RCOM
|
|
| 
| Tektoniske kort. Stedet for hydratryggene er angivet.
Foto: Gerhard Bohrmann, RCOM
|
|
| 
| Grabbe til ophentning af sediment: Foto. IFM-GEOMAR
|
|
| 
| Store gashydratstykker udbores for at hente et stykke af deres kerne, som derefter kan undersøges under veldefinerede betingelser.
Foto: IFM-GEOMAR
|
|
| 
| Grabben har smidt sedimentet på skibsdækket, og forskerne leder efter gashydratstykker i sedimentet.
Foto: IFM-GEOMAR
|
|
| 
| Cellesammenhobning af methanoxiderende bakteriesamling i gashydratholdige sedimenter fra hydratryggene. De methanoxiderende archaebakterier (rødfarvede) befinder sig i det indre af aggregatet og er omgivet af sulfatreducerende bakterier (grønt farvede på billedet). En celle måler ca. 0,5 µm i diameter.
Foto: Boetius et al. (2000), Nature, bd.401, side 623-626.
|
|
|
| Mikrobiel bakteriemåtte af slægten Beggiatoa dækker store flader af "cold seeps" fra hydratryggene.
Foto: Oregon Universitet, Corvallis/ALVIN.
|
|
|
| Calyptogena-muslinger på overfladen af sedimentprøven.
Foto: IFM-GEOMAR.
|
|
|
| Acharax-muslinger.
Foto: IFM-GEOMAR.
|
|
| 
| Der søges efter organismer, som lever på karbonatet, som er hentet op fra havbunden.
|
|
| 
| Tina Treude (31 år i 2004) har studeret biologisk havforskning ved Kiel Universitet og senere studeret anaerob methanoxidation ved Max Planck institut for marin mikrobiologi i Bremen.
Adresse: 28359 Bremen, Tyskland, Telefon: +49 421 2028 630, email: ttreude@mpi-bremen.de
|
|
| 
|
Gerhard Bohrmann viser gashydrat, som efterfølgende lægges i flydende kvælstof og undersøges nærmere på laboratoriet i Tyskland.
Foto: IFM-GEOMAR.
|
Gerhard Bohrmann (48 år i 2004) har studeret geologi ved det tekniske universitet i Darmstadt og udført palæo-oceanografiske arbejder fra nordatlanten ved Christian-Albrechts-Universitet i Kiel og som havgeologi ved Alfred-Wegener-Institut for polar- og havforskning og DFG-Forschungscentrum.
Adresse: RCOM, Bremen Universitet, Post Box 330 440, 28334 Bremen, Tyskland, Telefon: +49 421 218 8639, email: gbohrmann@uni-bremen.de
Internetkilder:
Om gashydratforskningen fra forskningsskibet "Sonne"
Personkilder:
Tina Treude, Max Planck Institut für Marine Mikrobiologie, Celsiusstr. 1, 28359 Bremen, Germany, Phone: +49 421 2028 630, Email: ttreude@mpi-bremen.de
Gerhard Bohrmann, Research Center Ocean Margins (RCOM), University of Bremen, Post Box 330 440, 28334 Bremen, Germany, Phone: +49 421 218 8639, Email: gbohrmann@uni-bremen.de
|
Denne side er et supplement til BioNyt
nr.128.
Du kan tegne abonnement på BioNyt: Videnskabens verden
her! eller gå til BioNyt's Internetside
her!
| | |