[미국] 북극해에서 발견된 새로운 메탄 발생원
미국 뉴햄프셔대학교 연구진은 북극해 가스하이드레이트를 위한 새로운 메탄 발생원을 규명하는데 성공하였다. 가스하이드레이트는 얼음과 같은 물질로 얼음물의 결정 구조 내 메탄이 갇혀있는 퇴적물을 의미한다. 이전까지 발견되지 않은 무생체적 메탄의 안정적인 저장소를 규명한 이번 연구 결과는 “Geology” 최신호에 게재된다. 무생체적 메탄은 탄소 분해를 통해 생성된 경우가 아니며, 대기로부터 갇혀있는 상태이다.
Joel Johnson 교수는 “해령(mid-ocean ridge)에서 발생한 메탄이 안정한 심해 가스 하이드레이트 상태로 갇혀있는 장소 사례를 발견하였다. 이는 해저로부터 배출되는 경우를 차단한다”고 설명한다. Johnson 교수는 해저 크러스트에서 발생한 무생체적 메탄 발생원을 정확히 짚은 발견이라고 덧붙이며, 북극해 가스 하이드레이트는 무생체적 가스의 중요한 부분으로 공급될 수 있음을 시사하였다.
이번 연구는 북극 심해 해령 구조에 초점을 맞췄으며, 북극 해령은 지구 상 초저속 확산 해령 구역으로 불리는 2개 중 하나이다. 과학자들은 사문석화 작용(serpentinization)으로 불리는 일련의 과정을 통해, 무생체적 메탄이 해령에서 발생함을 인지하고 있었다. 사문석화 작용은, 저속에서 초저속으로의 심해 해령 확산 동안에 노출된 뜨거운 맨틀에서 만들어진 암석과 바닷물의 반응을 포함한다.
Johnson 교수팀은 선박을 통해 빠르게 움직이는 해류에 의해 퇴적물이 이동하는 현상을 보이는 프램(Fram) 해협에 도달하였다. 해령을 덮는 퇴적물 이동과 같은 이러한 현상은 대부분의 심해 해령에서는 흔하지 않은 일이다. 연구진은 지진계 데이터를 이용하여, 해당 퇴적물 내에 존재하는 메탄 하이드레이트를 발견하였으며, 관련 연구진을 놀라게 만들었다. Johnson 교수는 “무생체적 메탄이 이토록 심해 해령 가까이에 있는 가스 하이드레이트를 공급할 수 있는지 없는지도 알지 못했다. 가스 하이드레이트가 안정적으로 존재하기에는 심해 해령 환경이 너무 뜨겁다고 여겼기 때문”이라고 설명하였다.
더군다나, 이번에 발견된 메탄 하이드레이트는 놀라울 정도로 안정적이었다. 연구진은 하이드레이트 구조가 오랫동안, 약 2백만 년 정도 유지되었음을 확인하였다. 이는 하이드레이트가 1500미터 이상의 매우 깊은 물 속에 존재하고 있었기 때문에, 해수면 변화 및 해양 온난화에 의한 잠재적 방출에 대해 메탄은 상대적으로 덜 취약할 수 있었다.
Johnson 교수는 “이번 연구 결과는 무생체적 메탄이 해저에서 배출(coming out)되는 대신 해저에 다다르는(coming up to), 즉 가스 하이드레이트가 갇혀있는 북극해의 영역이 있음을 보여준다. 이 자체로 수백 년간 안정적인 환경에서 존재한 채 발견된 것”이라고 강조하였다. 또한 기후 변화에 대한 우려에 대해서는, 이번에 발견된 영역이 따뜻해지고 있는 북극해 변화에 대부분 민감하게 반응하는 가스 하이드레이트 영역은 아니다라고 Johnson 교수는 덧붙였다.
이번 연구는 행성 간 공간이 아닌 지각에 초점을 맞춘 것이지만, 사문석화 작용에 의해 발생된 무생체적 메탄이 화성에서는 가스 하이드레이트의 형태로 존재할 수 있을 가능성을 내포하고 있다. 가스 하이드레이트는 잠재적 미래 연료로 그 중요성이 날로 커지고 있다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 4월 3일]
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New source of methane for gas hydrates in Arctic discovered
Research led by a University of New Hampshire professor has identified a new source of methane for gas hydrates -- ice-like substances found in sediment that trap methane within the crystal structure of frozen water -- in the Arctic Ocean. The findings, published online now in the May 2015 journal Geology, point to a previously undiscovered, stable reservoir for abiotic methane -- methane not generated by decomposing carbon -- that is "locked" away from the atmosphere, where it could impact global climate change.
"We've found an example where methane produced at a mid-ocean ridge is locked up in stable, deep water gas hydrate, preventing it from possibly getting out of the seafloor," says lead author Joel Johnson, associate professor of geology at UNH and guest researcher at the Center for Arctic Gas Hydrate, Environment and Climate (CAGE) at UiT The Arctic University of Norway in Tromsø. Johnson notes that the findings, which pinpointed a source of abiotic methane ¬produced in seafloor crust, indicate gas hydrates throughout the Arctic may be supplied by a significant portion of abiotic gas.
The study, "Abiotic methane from ultraslow-spreading ridges can charge Arctic gas hydrates," focused on the Arctic mid-ocean ridge system, one of two so-called ultraslow-spreading ridge regions on Earth. Scientists have known that abiotic methane can be generated in these ridges through a process called serpentization, which involves the reaction of seawater with hot mantle-derived rocks exposed during slow to ultraslow mid-ocean ridge spreading.
While on sabbatical last year (2013-14) at CAGE, Johnson and his co-authors from that institution embarked on two cruises in the unique geologic and oceanographic region called the Fram Strait, a deep, narrow gateway to the Arctic Ocean between Greenland and the Norwegian archipelago of Svalbard. There, fast-moving currents move sediment, uncommon on most mid-ocean ridges, into sediment drifts that cover the ridges. Using a seismic data acquisition system, they found a methane hydrate system within those sediments.
The discovery surprised the researchers. "We didn't know whether or not abiotic methane could supply gas hydrate systems so close to mid-ocean ridges" Johnson says. "It had been thought that mid-ocean ridge environments might be too hot for gas hydrates to be stable."
Indeed, those methane hydrates are remarkably stable: The researchers showed that the hydrate system is long-lived, about two million years old. Further, because the hydrates exist under very deep water -- more than 1500 meters -- the methane is less vulnerable to potential release due to changing sea levels or ocean warming. Such stability has important implications for climate change; as a greenhouse gas, methane is 20 times more potent than carbon dioxide.
"This work shows there are parts of the Arctic where abiotic methane is coming up to the seafloor and instead of coming out, it is trapped in gas hydrates; it's finding itself in a stable environment for millions of years," says Johnson. Where climate change is concerned, he adds, "this is not the part of the gas hydrate system that is most susceptible to change in a warming Arctic Ocean."
Although his focus is on the crust of Earth, not interplanetary space, Johnson notes that these findings are interesting, as some researchers have suggested abiotic methane formed by serpentinization may exist and reside as gas hydrates on Mars. And as gas hydrates gain popularity as potential fuel for the future here on Earth, the energy sector is likely to take notice as well. "This is a new source of methane for gas hydrates in the Arctic that could be quite extensive," Johnson says.
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