지구 온난화

행복하기 2008. 2. 12. 00:42

 


 

상당량의 메탄(CH4)이 메탄 하이드레이트라 불리는 얼음 결정 형태로 존재한다. 하이드레이트는 거의 모든 기체와 결합해 형성되는데, 기체를 둘러싼 물 분자 로 구성된다. (기체로 구성된 고체가 틀에 갇혀 있을 때는 일반적으로 포접 화합물이라 하고, 그 틀이 물 분자일 경우엔 특별히 하이드레이트라 한다.) 화성에는 이산화탄소 하이드레이트가 있는 반면 지구에선 대부분의 하이드레이트가 메탄으로 채워져 있다. 그 대부분은 해양 퇴적층에 있으나 일부는 영구 동토층과 관련돼 있다.


 

메탄 하이드레이트는 직감적으로도 가장 불안정한 물질로 보이게 마련이다. 메탄 하이드레이트는 너무 따뜻하면 녹고, 물에서는 뜬다. 강력한 온실가스인 메탄은 이산화탄소로 분해되는데, 이 이산화탄소 역시 화석 연료에서 발생되는 이산화탄소처럼 대기 중에 축적된다. 매장량도 상당한데, 아마 기존의 화석 연료 매장량보다 많을 것이다. 당연히, 기후변화는 이들 매장된 덩어리에 영향을 줄 수 있을 텐데, 메탄 하이드레이트가 야기할지 모를, 재난 영화 같은 결과에 대해 우리가 과연 제대로 알고 있을까?


 

해양 하이드레이트. 대부분의 메탄 하이드레이트는 해양 퇴적층에 있다. 그 중 대부분은 층위 형태로 있다. 플랑크톤으로부터 나오는 유기 탄소는 수백만 년에 걸쳐 매장됐고. 해저 수백 미터 아래에선 박테리아가 죽은 플랑크톤으로부터 메탄을 생산한다. 이 메탄 발생 속도가 충분히 빠르면, 일부는 메탄 하이드레이트로 얼게 된다. 이런 매장 덩어리가 메탄 형태로 탄소를 수조 톤이나 함유한다. [부펫과 아처, 2004; 밀코프, 2004]. 비교 차원에서, 기존의 화석 연료 중 가장 풍부한 형태는 석탄인데, 이는 5조 톤의 탄소를 함유한 것으로 보통 추정된다.


 

메탄은 이따금 지층에서 이동하면 일정한 장소에 모여, 구조적 하이드레이트 덩어리를 형성한다. 예를 들어 멕시코 만은 기본적으로 새어 나가는 유전밭이다[맥도널드 외, 2005]. 기체가 이렇게 돌아다니면서 모이게 될 때 발생할 문제 중 하나는 하이드레이트의 농도가 더 커진다는 점인데, 거의 순수한 하이드레이트인 대규모 매장 덩어리로 될 수 있다. 그리고, 두 번째 문제는 하이드레이트가 해저 가까이, 심지어는 해저 표면까지도 올라올 수 있다는 점이다.


 

하이드레이트는 너무 따뜻해지면 녹는다. 바다는 가령, 수심 500미터 아래로는 충분히 온도가 낮다 (북극은 200미터). 해저 아래로는 깊어질수록 온도가 지온 증가율에 따라 상승한다. 특정 깊이에선 그 온도가 하이드레이트에게 너무 높아지고, 그래서 하이드레이트는 이 특정 깊이보다 더 깊은 곳에 있을 땐 녹는다. 하이드레이트 정대 아래로 기포층이 종종 존재하는데, 이 기포가 지진파를 반사하게 되고, 이는 전세계 지진파 관측 자료에 분명하게 나타난다 [부펫, 2000]. 기포층의 언덕과 계곡이 해저의 언덕과 계곡과 나란히 달리기 때문에, 이 층을 가리켜 해저모방반사면(BSR)이라고 한다

 

 

 

Heat diffuses into sediment : 퇴적층으로 열 확산

Geotherm : 지온

Original Stabililty Zone: 이전의 본래 안정대
New Stabililty Zone: 새로운 안정대

 

 

이제 퇴적층 최상부의 물이 데워진다고 가정하자. 결국은 새 온도 추이 곡선도 전처럼 지온의 증가율과 거의 같을 것이다. 하이드레이트 안정대는 퇴적층 온도가 증가될수록 얇아질 것이다. 여기서 한 가지 기억할 점은, 위에서가 아닌 아래로부터 얇아진다는 사실이다. 그렇기에 원래의 안정대 기저부에 있는 하이드레이트는 녹을 것이다.


 

안정대가 여전히 존재한다면, 새로 발생한 메탄 기포보다 퇴적층 더 위에 있을 것이기에, 방출된 메탄 기체가 빠져나가지 못하게 하는 차가운 뚜껑역할을 할 수 있다. 그러나, 지진파 연구를 보면 종종 해저모방반사면이 없는 지워진 지대가 발견되는데, 그 사라진 해저모방반사면 위로는 퇴적층의 모든 층 구조가 평평해진다. 기체가 이런 지역에서 퇴적층 구조를 뚫고 바다로 빠져나간 것으로 생각된다[우드 외, 2002]. 이를 설명할 한 가지 가설은, 위로 상승하는 액체가 열을 함유해 메탄이 기존의 안정대를 통과할 때 어는 걸 막아주는 것이다. 전 세계 해양 퇴적층 표면에는 마마자국이라 불리는 구멍들이 있는데[힐 외, 2004] 이는 기체 분출이 표면에서 진행된 것으로 해석된다.


 

해저사면 사태 가능성도 있다. 하이드레이트가 녹아 기포가 발생도면 부피는 증가한다. 이때 기포가 층 사이를 넓히며 퇴적층을 불안정하게 만들지 모르는 것이다. 사상 최대의 해저사면 사태는 노르웨이 스토레가(Storegga) 해안에서 발생한 것이다[브린 외, 2005; 미에네르트 외, 2005). 이 사태로 노르웨이에서 그린란드 중간 지점에 이르는, 수백 킬로 너비에 걸쳐 평균 두께 250미터의 퇴적층이 떨어져 나갔다. 그에 상당하는 사태가 노르웨이 해저사면에서 대략 10만년에 한번씩 발생하는데, 이는 빙하기 주기와 궤를 같이한다[솔하임 외, 2005]. 마지막 사태는 수온 증가로 인해 안정대가 얇아진 지 2, 3천년 후인 약 8150년 전에 발생했다[미에네르트 외, 2005]. 당시 사태는 대륙 사면 바로 옆인 수심 몇 백 미터에서 시작되었는데, 미에네르트는 이 지점에서 하이드레이트 안정대에 최대 변화가 있었다고 계산해 냈다. 스토레가 사태 지역엔 오늘날 메탄 포접화합물 매장 덩어리가 있는데, 이는 수심 2, 3백 미터의 하이드레이트 안정대 기저부에 해당하는 지진파 해저모방반사면과 일치하며, 퇴적층에서 기체가 분출된 걸 마마자국을 통해 알 수 있다.


 

그러나 스토레가에 대해 또 다른 신빙성 있는, 하이드레이트와 무관한 가설이 있다. 바로 페노스칸디아 빙상에서 나오는 빙하 퇴적물의 빠른 적층이다[브린 외, 2005]. 이런 빠른 퇴적량 때문에, 퇴적으로 야기되는, 퇴적층의 공극수 방출량보다 축적량이 더 크게 된다. 그러다가 어느 시점에서 퇴적층이 자체 공극수에 의해 뜨게 된다. 이런 원리는 세계 그 어느 곳도 아닌 노르웨이 대륙 사면에서 왜 기후 변화와 궤를 같이하는 사면 사태가 발생하는지 설명이 가능하다.


 

스토레가 사면 사태는 지금의 영국에 쓰나미를 몰고 왔지만 기후와는 어떤 관련도 없는 것으로 보인다. 메탄 배출량이 재난을 불러일으킬 만한 양은 아니었다. 이 사태로 이동한 퇴적층의 양은 약 2500㎦였는데, 평균 퇴적량당 공극수량으로 1%의 하이드레이트가 방출됐다고 보면, 8천억 톤의 탄소에 해당하는 메탄이 방출된 셈이다. 모든 하이드레이트가 대기 중으로 배출됐다고 봐도 화산 폭발에 비해 기후에 대한 영향은 적다(복사량 득실에 대한 메탄의 영향 계산 결과는 여기에 있다). 실제로, 사실대로 말하면, 스토레가 사태는 8200년 전 기후 시기와 섬뜩하게 가까운 때에 발생했지만 관련성은 없는 것으로 보인다. 8200년 전 기후 시기란 백 년 동안 지속된 냉각기로서, 아가시즈 빙하호의 담수가 북대서양으로 배출한 데 대한 반응이었을 것으로 추정되는데, 이는 메탄량이 증가가 아닌 75ppbv 감소한 것과 일치했다.


 

메탄은 세 가지 형태로 퇴적층에서 빠져나간다. 녹거나 기포로 또는 하이드레이트 형태로 말이다. 녹은 메탄은 해양의 산화수에서 화학적으로 불안정하지만, 수십 년간 그렇게 존재하기에 (유입량이 많은 환경에선 생명주기가 더 짧다) [발렌타인 외, 2001] 메탄이 수심이 얕은 바닷물로 배출되면, 대기까지 방출될 확률이 높다. 메탄 기포는 대개 녹기 전에 수백 미터를 상승할 수 있다. 하이드레이트는 일반 얼음처럼 물에 뜨는데, 기포보다 더 효율적으로 대기 중으로 메탄을 운반할 수 있다 [브루어 외, 2002]


 

바다 대부분 지역에서 하이드레이트는 서서히 녹는다. 수심 1000미터의 물을 데우는 데는 수십 년에서 수백 년이 걸리고, 다시 안정대 기저부가 있는 퇴적층까지 열이 전달되려면 수 세기가 더 걸린다. 북극해는 특수한 경우인데, 그것은 수온이 더 낮아 안정대가 얇고, 또 고위도에서 온도 상승이 더 집중될 것으로 예상되기 때문이다.

 


영구 동토층
. 최근 신문에서 영구 동토층에 관한 기사를 많이 봤을 것이다. 영구 동토층은 연중 내내 얼어 있는 지층을 말한다 (사실 엄격히 말하면 지난 2년간 얼어 있는 지층을 말한다). 퇴적층과 가까운 곳은 때로 여름에 녹기도 한다. 이 분야 전문 용어로 이런 곳을 활성 지대라 하는데, 시간이 흐를수록 면적이 커지는 사실이 관측되고 있다 [사자노바 외, 2004] 표토층이 녹는다는 점이 고위도의 북극이 기후 변화에 가장 극적으로 반응하는 지층의 일부가 되리라 예상되는 이유다. 또 다른 이유는 온도 변화가 지구 전체 평균보다 더 극적으로 일어나는 곳이 고위도 지방이고, 특히 북반구 고위도 지역이기 때문이다. 영구 동토층이 녹으면서 어떤 영향을 주었는지 일화적인 보고가 계속 이어지는데, 북극의 경관이 바뀌고, 건물이 기울고, 페어뱅크스 근처에선 술 취한 숲도 목격된 게 그 예다 [피어스, 2005; 스톡스태드, 2004]. 알래스카의 송유관 상당 부분은 영구 동토층 위에 세워져 있다.


 

하이드레이트는 영구 동토층 매장지와 연관되기도 하나, 높은 압력이 필요하기에 표토와는 그렇게 가깝게 있지 않다. 하이드레이트 발견을 결정 지을 또 다른 요소는 지층의 투수성이다. 흐르는 지하수가 얼면 지층에서 봉인 얼음층 역할을 하는데, 그래서 아래 공극 공간의 압력이 높아질 수 있다. 한 영구 동토층 중심에선 [댈리모어와 콜렛, 1995] 하이드레이트가 봉인 얼음층 아래에서 발견된 사례가 있다. 지표 밑 봉인 얼음층이 깨지면서 호숫물이 갑자기 빠져나간 사례도 있다.


 

지표 밑 봉인 얼음층의 할아버지 격이 시베리아에 있는, 이른바 얼음 단지라는 거대한 구조층이다 [허버튼과 로마노프스키, 2001]. 얼음 단지를 침식하는 가장 중요한 수단은 테르모카르스트 침식이라는 해빙과 침식 과정에 의해서다 [가브릴로프 외 2003]. 얼음층은 해양의 따뜻해지는 물에 노출되고, 얼음이 녹으면 지층이 붕괴되고, 그럼 얼음이 더 노출된다. 시베리아 북부 해안은 수천 년간 침식이 있었지만 그 침식 속도가 증가하고 있다. 군도 전체가 역사에서 사라지기도 했다 [로만케비치, 1984]. 시베리아 대륙붕에서 녹은 메탄의 양은 대기 중 포화 농도에 비해 25배 이상 달했는데, 이는 해안 침식으로 메탄이 대기 중에 방출된다는 뜻이다 [샤코바 외, 2005]. 영구 동토층에 있는 전체 메탄 하이드레이트 양은 탄소로 7 5천 억 톤에서 4백조 톤으로 추산될 뿐, 거의 알려지지 않았다 (추산 수치 종합 [고르니츠와 풍, 1994]).


 

미래. 가장 짜릿한 재난 영화 시나리오는 메탄의 수명 주기에 비해 더 빨리, 충분한 양의 메탄이 대기 중으로 방출되는 것이다. 이는 메탄 농도의 급격한 증가를 가져온다. 어느 정도가 충분한 양인지 생각해 보면, 이산화탄소가 두 배로 될 때의 복사강제력에 해당하는 메탄의 양은 현재 메탄 농도의 10배가 돼야 한다. 그럼 재난 영화처럼 된다. 기후변화에 관한 정부간 패널(IPCC)에서 나온 최악의 시나리오와 2050년까지의 가장 적절한 대체 시나리오와의 차이는 단위 면적당 불과 약 1와트의 평균 복사 에너지에 있다. 그 정도 양의 메탄은, 산업 혁명 전에 비해 위험하다고 생각되는’ 2도 높은 수치 아래로 있기란 거의 불가능하게 될 것이다. 현재보다 단위 면적당 1와트 증가한 복사강제력이 되는 메탄량은 6ppm이라고 나온 계산 과정이 여기에 있다. 메탄 농도 6ppm은 현실에서 충분한 재난을 가져올 것이다.

 

현재 대기 중엔 3 5천억 톤의 탄소가 메탄 형태로 있다. 10조 톤의 탄소가 즉각 배출되면 6ppm을 훌쩍 초과한다. 이는 그 누가 예측하는 재난보다도 큰 규모가 될 것이다. 사면 사태로 인한 배출량은 1조 톤 정도, 마마자국 폭발에 의한 양은 그보다 훨씬 적을 것이다. 영구 동토층 하이드레이트는 녹고 있지만, 그게 동시에 터지리라고 보는 사람은 없다.


 

 

Radiative forcing 복사 강제력(제곱미터당 와트)

Methane Concentration 메탄 농도

 

퇴적층에 기록된 한 사건이 5 5백만 년 전 팔레오세 에오세 온도 최대라는 시기에 발생했는데, 수천 조의 메탄 탄소가 대기와 바다에 방출되어, 중간 깊이의 바닷물을 5도 정도 올려놨다고 한다. 그렇게 오래 전의 일에서 과정이 일어난 속도를 추정하기란 쉽지 않지만, 메탄은 아마 천 년에 걸쳐 방출됐다고 보는 게 가장 좋을 것이다. 다시 말해 재난을 몰고 오지 않았다는 뜻이다 [자초스 외, 2001; 슈미트와 쉰델, 2003]

미래에 영향을 미칠 것 중 하나는 대기 중에 방출되는 메탄의 만성적 연간 증가량이다. 현재의 메탄 방출량은 대기 중의 메탄 농도를 높이고 결정 짓는다. 발생원을 두 배로 증가하면 농도도 다소 그렇게 될 것이다. (메탄의 생명 주기가 증가하기에 실은 두 배 이상이 될 것이다) 메탄은 산화되어 이산화탄소가 되는데, 이는 화석 연료에서 발생한 이산화탄소처럼 수십 년간 축적된다. 이런 만성적 메탄 방출 모델은 이산화탄소 축적이 일시적인 메탄 농도만큼이나 온난화에 영향을 미친다는 점을 종종 잘 보여준다.

 

논이나 화석 연료를 쓰는 산업, 그리고 축산 같은 인위적인 메탄 발생원은 산업 혁명 이전에 비해 대기 중의 메탄 농도를 이미 두 배 이상으로 증가시켰다. 현재 메탄 수치는 안정돼 보이나 이런 비교적 최근의 현상에 대한 원인은 아직 명확하지 않다. 영구 동토층의 하이드레이트 양도 확실히 알려지지 않았으나, 대기 중의 메탄량이 두 배가 되는 데는 100년에 걸쳐 60조 톤의 탄소만 방출되면 된다. 이탄 덩어리도, 녹는 영구 동토층 하이드레이트에 버금가는 메탄 공급원이다. 수천 년간 얼어 있던 이탄이 녹는다면 메탄을 이용하는 박테리아에 의해[리브키나 외, 2004] 이탄이 이산화탄소와 메탄으로 전환될 것이다. 강수와 온도의 변화로 인한, 기존의 습지와 소택지에서의 메탄 발생량 변화도 중요한 변수가 될 수 있다. 해양의 하이드레이트도 녹을 것으로 예보돼 왔으나 그 속도는 느릴 것이라 한다 [하비와 후앙, 1995]. 주목할 지역은 북극과 멕시코 만일 것이다.

 

그러니 결론을 말하자면, 이는 재난 영화의 줄거리처럼 분명하진 않지만, ‘위험한인위적 기후 변화를 모면할지 그 성공 여부를 결정 지을 수 있는 잠재적이고 긍정적인 피드백인 것이다. 그것으로도 충분히 가공할 만하다.

 

동료들의 검토와 출판을 위해 하이드레이트와 기후 변화에 대해 더 상세한 논고를 제출했는데, 이곳에(http://geosci.uchicago.edu/~archer/reprints/archer.ms.hydrate_rev.pdf) 가면 있다.

http://www.realclimate.org/index.php/archives/2005/12/methane-hydrates-and-global-warming/



Methane hydrates and global warming


12 December 2005

Filed under: Arctic and Antarctic Greenhouse gases Climate Science— david @ 12:52 PM


There is an enormous amount of methane (CH4) on earth frozen into a type of ice called methane hydrate. Hydrates can form with almost any gas and consist of a 'cage' of water molecules surrounding the gas. (The term 'clathrate' more generally describes solids consisting of gases are trapped within any kind of cage while hydrate is the specific term for when the cage is made of water molecules). There are CO2 hydrates on Mars, while on Earth most of the hydrates are filled with methane. Most of these are in sediments of the ocean, but some are associated with permafrost soils.

Methane hydrates would seem intuitively to be the most precarious of things. Methane hydrate melts if it gets too warm, and it floats in water. Methane is a powerful greenhouse gas, and it degrades to CO2, another greenhouse gas which accumulates in the atmosphere just as fossil fuel CO2 does. And there is a lot of it, possibly more than the traditional fossil fuel deposits. Conceivably, climate changes could affect these deposits. So what do we know of the disaster-movie potential of the methane hydrates?

Ocean hydrates. Most of the methane hydrate is in sediments of the ocean. Of that, most is what can be called the stratigraphic-type deposits. Organic carbon from plankton is buried over millions of years. Hundreds of meters below the sea floor, bacteria produce methane from the dead plankton. If methane is produced quickly enough, some of it will freeze into methane hydrates. This type of deposit holds thousands of gigatons of carbon as methane [Buffett and Archer, 2004; Milkov, 2004]. For comparison, the most abundant type of traditional fossil fuel is coal, which is typically credited with about 5000 Gton C [Rogner, 1997].

 Sometimes the methane moves around in the earth, and collects someplace, forming what are called structural hydrate deposits. The Gulf of Mexico, for example, is basically a leaky oil field [MacDonald et al., 2005]. One implication of gas moving around and pooling like this is that the hydrate concentration can be higher, even to the point of what they call massive deposits, lumps of nearly pure hydrate. The second bottom line is that the hydrate can be found much closer to the sea floor, and even on the sea floor.

Hydrate melts if it gets too warm. The ocean is cold enough in a depth range from say 500 meters down (200 meters in the Arctic). Below the sea floor, the temperature increases with depth, along the geothermal temperature gradient. At some depth it becomes too warm for hydrate, so hydrate melts if it becomes buried deeper than this depth. There is often a layer of bubbles beneath the hydrate stability zone. The bubbles reflect seismic sound waves, and show up clearly in seismic surveys around the world [Buffett, 2000]. Hills and valleys of the bubble layer follow hills and valleys of the sea floor, so this layer is called a bottom-simulating reflector (BSR).



Now let's warm up the water at the top of the sediment column. Ultimately, the new temperature profile will have nearly the same slope as before, the geotherm. The hydrate stability zone will get thinner with an increase in the sediment column temperature.

The import!ant thing to note is that it gets thinner from the bottom, not from the top. Hydrate at the base of the original stability zone finds itself melting.

If the stability zone still exists, it will be shallower in the sediment column than the newly released methane bubbles, and so it could act like a cold trap to prevent the released methane gas from escaping. However, seismic studies often show “wipeout zones” where the BSR is missing, and all of the layered structure of the sediment column above the missing BSR is smoothed out. These are thought to be areas where gas has broken through the structure of the sediment to escape to the ocean [Wood et al., 2002]. One theory is that upward migration of fluid carries with it heat, preventing the methane from freezing as it travels through the nominal stability zone. The sediment surface of the world’s ocean has holes in it called pockmarks [Hill et al., 2004], interpreted to be what these gas explosions look like from the surface.


And there is the possibility of landslides. When hydrate melts and produces bubbles, there is an increase in volume. The idea is that the bubbles might lift the grains off of each other, destabilizing the sediment column. The largest submarine landslide known is off the coast of Norway, called Storegga [Bryn et al., 2005; Mienert et al., 2005]. The slide excavated on average the top 250 meters of sediment over a swath hundreds of kilometers wide, stretching half-way from Norway to Greenland. There have been comparable slides on the Norwegian margin every approximately 100 kyr, synchronous with the glacial cycles [Solheim et al., 2005].

The last one occurred 2-3 kyr years after the stability zone thinned due to increasing water temperature [Mienert et al., 2005], about 8150 years ago. The slide started at a few hundred meters water depth, just off the continental slope, where Mienert calculates the maximum change in HSZ. The Storegga slide area today contains methane clathrate deposits as indicated by a seismic BSR corresponding to the base of the HSZ at 200-300 meters, and pockmarks indicating gas expulsion from the sediment.

However, there is another also apparently plausible hypothesis for Storegga, which doesn't involve hydrates at all. This is the rapid accumulation of glacial sediment shed by the Fennoscandian ice sheet [Bryn et al., 2005]. Rapid sediment loading traps pore water in the sediment column faster than it can be expelled by the increasing sediment load. At some point, the sediment column floats in its own porewater. This mechanism has the capacity to explain why the Norwegian continental margin, of all places in the world, should have landslides synchronous with climate change.

The Storegga slide generated a tsunami in what is now the United Kingdom, but it does not appear to have had any climate connections. It was not a catastrophic amount of methane loss. The volume of sediment moved was about 2500 km3. Assuming 1% hydrate by pore water volume were released on average from the slide volume, you get a methane release of about 0.8 Gton of C. Even if all of the hydrate made it to the atmosphere, it would have had a smaller climate impact than a volcanic eruption (I calculated the methane impact on the radiative budget here).
 
Actually, the truth be told, the Storegga slide occurred spookily close in time to the 8.2k climate event, but there doesn't appear to be any connection. The 8.2k event was a century-long cool interval, most probably in response to fresh-water release from Glacial Lake Aggasiz to the North Atlantic and was coincident with a ~75 ppbv drop in methane, not a rise.

Methane can leave the sediment in three possible forms: dissolved, bubbles, and hydrate. Dissolved methane is chemically unstable in the oxic water column of the ocean, but it has a lifetime of decades (shorter in high-flux environments) [Valentine et al., 2001], so if the methane is released shallow enough in the ocean, it has a good chance of escaping to the atmosphere. Bubbles of methane are typically only able to rise a few hundred meters before they dissolve. Hydrate floats in water just like regular ice floats in water, carrying methane to the atmosphere much more efficiently than bubbles [Brewer et al., 2002].

For most parts of the ocean, melting of hydrates is a slow process. It takes decades to centuries to warm up the water 1000 meters down in the ocean, and centuries more to diffuse that heat down into the sediment where the base of the stability zone is. The Arctic Ocean may be a special case, because of the shallower stability zone due to the colder water column, and because warming is expected to be more intense in high latitudes.

Permafrost. You've maybe read about permafrost in the paper a lot lately. Permafrost soils are defined as those which remain frozen year-round (actually, the technical definition is a soil which has been frozen for the last two years). There is sometimes a zone near the sediment surface that thaws in the summer. In the permafrost literature, this zone is called the active zone, and it has been observed to be getting larger with time [Sazonova et al., 2004]. Melting of surface soils is one reason why the high latitude Arctic is expected to be a part of the land surface that responds most dramatically to climate change [Bala et al., 2005].
 
The other reason is that temperature changes are more dramatic in high latitudes than the global average, especially high northern latitudes. There has been a stream of anecdotal reports of the effects of melting permafrosts on the Arctic landscape, tilted buildings and "drunken forests" near Fairbanks, for example [Pearce, 2005; Stockstad, 2004]. Much of the Alaskan oil pipeline is anchored in permafrost soils.

Hydrates are sometimes associated with permafrost deposits, but not too close to the soil surface, because of the requirement for high pressure. The other factor that determines whether you find hydrate is the permeability of the soils. Sometimes freezing, flowing groundwater creates a sealed ice layer in the soil, which can elevate the pressure in the pore space below. Hydrate in a one permafrost core [Dallimore and Collett, 1995] was reported below sealed ice layers. Lakes have been reported to suddenly drain away as some subsurface sealed ice layer is apparently breached.
The grand-daddy of subsurface sealed ice layers is a very large structure in Siberia called the ice complex [Hubberten and Romanovskii, 2001].
 
The most import!ant means of eroding the ice complex is laterally, by a melt-erosion process called thermokarst erosion [Gavrilov et al., 2003]. The ice layer is exposed to the warming waters of the ocean. As the ice melts, the land collapses, exposing more ice. The northern coast of Siberia has been eroding for thousands of years, but rates are accelerating. Entire islands have disappeared in historical time [Romankevich, 1984]. Concentrations of dissolved methane on the Siberian shelf reached 25 times higher than atmospheric saturation, indicating escape of methane from coastal erosion into the atmosphere [Shakhova et al., 2005]. Total amounts of methane hydrate in permafrost soils are very poorly known, with estimates ranging from 7.5 to 400 Gton C (estimates compiled by [Gornitz and Fung, 1994]).

The Future. The juiciest disaster-movie scenario would be a release of enough methane to significantly change the atmospheric concentration, on a time scale that is fast compared with the lifetime of methane. This would generate a spike in methane concentration. For a scale of how much would be a large methane release, the amount of methane that would be required to equal the radiative forcing of doubled CO2 would be about ten times the present methane concentration. That would be disaster movie. Or, the difference between the worst case IPCC scenario and the best conceivable 'alternative scenario' by 2050 is only about 1 W/m2 mean radiative
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출처 : 명상하고 채식하고
글쓴이 : misoda 원글보기
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