10:25 26 Gennaio 2020
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A ottobre i partecipanti alla spedizione internazionale sulla nave da ricerca Akademik Mstislav Keldysh hanno registrato un volume record di emissioni di metano nel Mare della Siberia orientale.

Gli scienziati osservano che non si tratta di un fenomeno isolato, ma facente parte del processo del rilascio del metano artico legato all’assottigliamento dello strato di permafrost dovuto al riscaldamento climatico. Sputnik e gli esperti hanno cercato di capire quali conseguenze causerà per la Terra il rilascio incontrollato di metano e quali sono i rischi connessi a questo fenomeno.

Perché ci serve il permafrost

Fino al 65% del territorio russo è ricoperto da permafrost pluriennale e più dell’80% del permafrost sottomarino al mondo si trova al largo delle coste russe. Dalla sua stabilità dipendono le prospettive economiche in Artide. Infatti, sul permafrost, da sempre ritenuto una base solida, si ergono gli edifici a più piani delle città polari, le piattaforme di trivellazione off-shore e gli impianti portuali, scorrono gasdotti e oleodotti, nonché autostrade e ferrovie. Lo scioglimento del permafrost causerà la distruzione di queste infrastrutture.

Le temperature medie annue aumenteranno nella maggior parte delle regioni del pianeta e, in modo particolare, in Artide. Se le temperature mondiali negli ultimi 150 anni sono aumentate in media di 0,8°C, in Artide tale valore si è attestato a 5°C. Il permafrost si sta sciogliendo velocemente. Questo accade in particolare al largo dove il permafrost è per tutto l’anno a contatto con l’acqua calda e non con l’aria fredda.

Emissioni Co2
© AP Photo / Martin Meissner

Al di sotto del permafrost si trova uno strato di rocce sedimentarie. Stando a studi sismici condotti nella regione dagli scienziati dell’Accademia russa delle scienze e da società estrattive come Rosneft e Gazprom, tale strato è molto denso di gas e in particolare di metano. Nelle zone più interessate dall’erosione il gas sale in superficie e viene rilasciato nel fondale marino sotto forma di zampilli di potenza variabile.

Nello strato di rocce sedimentarie il metano confluisce a partire dai giacimenti di gas sottostanti. Alcuni studiosi ritengono che sotto l’Artide vi siano enormi giacimenti di idrati gassosi. In presenza di aumento delle temperature e diminuzione della pressione tali composti chimici si disgregano in gas e acqua. Il rilascio del gas avviene unitamente a un considerevole aumento della pressione che può generare non solo l’espulsione del metano verso l’alto attraverso crepe e fenditure, ma anche eventi esplosivi.

Nel mirino dell’arma clima

Il metano è un potentissimo gas serra: circa 30 volte più potente della CO2. Ad oggi la concentrazione atmosferica del metano è pari a circa 2 parti per milione. A fronte di tali valori il contributo del metano all’effetto serra complessivo viene stimato dall’IPCC al 30% del contributo di CO2.

Qualora anche solo il 2% del metano contenuto nei giacimenti di idrati gassosi dell’Artide finisca nell’atmosfera, la sua concentrazione nell’aria raddoppierebbe o triplicherebbe. Dunque, il suo ruolo nell’effetto serra equivarrebbe a quello della CO2 contro le emissioni della quale al momento si invita a lottare tutta la comunità internazionale. Inoltre, le emissioni di metano porterebbero alla comparsa del cosiddetto ciclo di retroazione positiva: più il pianeta si surriscalda, più viene rilasciato metano il quale a sua volta contribuisce al surriscaldamento del pianeta.

Il rischio principale consiste nel fatto che, se l’Artide continuerà a surriscaldarsi, potrebbe verificarsi un brusco deterioramento del permafrost e il contestuale rilascio nell’atmosfera di un’enorme quantità di metano, il che avrebbe conseguenze sul clima non solo della regione, ma dell’intero pianeta. Lo scenario descritto nella letteratura scientifica viene chiamato la “catastrofe del metano”.

Gas troppo caro

Nel 2013 alcuni economisti britannici e olandesi hanno stimato il possibile danno globale della “catastrofe del metano” a 60 trilioni di dollari, il che è comparabile al PIL mondiale di un intero anno. Si tratta di perdite agricole legate alla siccità, alle riparazioni in seguito a tempeste, incendi e all’innalzamento del livello dei mari. Lo scenario più estremo prevede che il 5-10% del metano sottostante il fondale marino dell’Artide venga rilasciato nell’atmosfera nei prossimi 10 anni. In tal caso, le temperature sul pianeta subirebbero un aumento di 3°C, una catastrofe a livello climatico.

Questi economisti hanno basato le proprie stime sui dati di emissione del metano al largo del Mare della Siberia orientale, pubblicati nel 2010 da scienziati russi guidati da Igor Semiletov, direttore del Laboratorio internazionale per lo studio del carbonio nei mari artici presso il Politecnico di Tomsk.

Igor Semiletov è da 15 anni a capo del team russo all’interno del gruppo internazionale per lo studio dei processi di degradamento del permafrost al largo dell’Artide orientale. Fanno parte del gruppo scienziati svedesi, italiani, statunitensi, olandesi, britannici e da poco anche cinesi.

Grazie al supporto del governo russo e del Fondo russo per la ricerca al momento è in corso di realizzazione presso il Politecnico di Tomsk il progetto “Il mare siberiano al largo dell’Artide come fonte di gas serra di importanza planetaria: stima quantitativa dei flussi e determinazione delle eventuali conseguenze ambientali e climatiche”.

Zampilli di gas

In 15 anni si sono condotte 37 spedizioni durante le quali i ricercatori hanno registrato e segnalato sulla mappa migliaia di zampilli di metano provenienti dal fondale marino. E ogni volta, visitando quegli stessi luoghi, i ricercatori osservano che i volumi di degassamento aumentano. Sempre più frequenti sono i mega-zampilli il cui diametro supera il chilometro. Gli scienziati scoprirono la prima zona di concentrazione di questi zampilli già nel 2011. Ad oggi sulla mappa ne sono state segnalate già 7, ma le rotte della nave da ricerca coprono solamente una piccola parte della superficie complessiva dove potrebbero verificarsi processi analoghi. Quanto agli zampilli di diametro inferiore ai 500 m, se ne sono già registrati circa 1000.

A ottobre nel Mare della Siberia orientale è stata registrata un’emissione record in termini di potenza. Gli scienziati hanno osservato su una superficie di 10 m2 un’emissione al giorno fino a 1.000 m3 di metano.

“Nelle mie 45 spedizioni artiche è la prima volta che vedo uno zampillo così potente. Le emissioni erano così potenti che l’acqua stava letteralmente bollendo. Anche a un’altezza di 20 m dalla superficie dell’acqua la concentrazione di metano nell’atmosfera era pari a 16 parti per milione. Ossia circa 10 volte di più del valore medio a livello mondiale”, spiega Semiletov.

I ricercatori hanno dimostrato che i volumi di emissioni di metano dipendono dallo spessore dello strato di permafrost sottomarino e dal livello di degradamento. I dati ottenuti in seguito a complessi studi biochimici, geofisici e geologici condotti tra il 2011 e il 2016 hanno permesso agli scienziati di concludere che in alcune aree al largo del Mar della Siberia orientale la copertura del permafrost sottomarino ha già raggiunto una profondità limite e un ulteriore suo degradamento potrebbe portare a emissioni considerevoli di gas. In particolare, trivellando 4 giacimenti risalenti al 1982-83 gli autori dello studio hanno stabilito che negli ultimi 30 anni la soglia superiore del permafrost è scesa di più di 5 m.

I volumi complessivi di emissioni di metano nei mari al largo dell’Artide sono stimati dagli scienziati a 20 milioni di tonnellate l’anno. Stando ai rapporti dell’IPCC tutti gli oceani della Terra emetterebbero ogni anno circa 5 milioni di tonnellate.

“Dunque, il mare al largo delle nostre coste, che occupa meno dell’1% della superficie oceanica terrestre, emetterebbe metano 4 volte di più che tutti gli oceani messi insieme. Gli esperti dell’IPCC scrivono nei loro rapporti che verso la fine di questo secolo il livello del permafrost sottomarino scenderà di 3 metri, ma in realtà è già sceso di 50-100 m. Basano le loro conclusioni su stime di laboratorio e su modelli, mentre noi operiamo sul campo”, spiega Semiletov.

“Già nel 2010 abbiamo pubblicato un articolo in cui discutevamo i risultati di migliaia di misurazioni le quali hanno dimostrato l’instabilità del permafrost sottomarino. Nelle acque dei mari al largo della Siberia orientale la concentrazione di metano è dell’1-2% in più rispetto alle concentrazioni che si osserverebbero qualora i livelli del permafrost rimanessero stabili”.  

Crateri

Secondo Leopold Lobkobsky, uno dei partecipanti alle ricerche e direttore del dipartimento di geologia presso l’Istituto di oceanologia Shirshov in seno alla RAN, un rischio altrettanto grande è quello costituito dallo strato sedimentario ricco di gas indipendentemente dal fatto che al suo interno il gas provenga dai giacimenti di idrati gassosi o da fonti più profonde.

“Al suo interno c’è già il gas e questo è il pericolo principale. Bisogna studiare le proprietà dello strato sedimentario nelle aree di edificazione e trivellazione”, sostiene Lobkovsky. “Le emissioni di metano comportano grandissimi rischi in caso di trivellazione, nonché durante la prospezione e l’estrazione di idrocarburi in Artide. Di norma, i rischi sono legati alle zone più critiche dove le attività di cui sopra sono altamente pericolose. Vi è sempre il rischio che il metano esploda. Ma vi sono anche altri rischi, ad esempio, nelle zone di grande emissione di metano si creano aree di diluizione della densità dell’acqua. Se un sommergibile finisce in una di queste aree, la sua capacità di galleggiamento verrebbe compromessa e il natante precipiterebbe sul fondale”.

Lo scienziato è convinto del fatto che il rilascio di metano sul fondale dei mari artici sia un processo antico non correlato all’aumento delle temperature che invece si osserva negli ultimi decenni.

“In molte zone dei mari al largo dell’Artide il fondale è ricoperto di pockmark, ossia piccoli crateri formatisi là dove si sono verificati fenomeni di rilascio del metano. Questo è sintomo del fatto che le emissioni hanno luogo da molto tempo, almeno da alcune migliaia di anni”, osserva Lobkovsky.
Bolle ed esplosioni

A differenza del permafrost sottomarino assottigliato e in molti punti bucato come un setaccio attraverso il quale passa il metano, il permafrost superficiale è ancora piuttosto solido e stabile. Ciò tuttavia non significa che il rilascio di metano in profondità non costituisca un pericolo per le aree artiche superficiali. Anzi, è il contrario. Infatti, in tali zone questo processo è accompagnato da esplosioni in seguito alle quali si vengono a formare enormi crateri.

Vasily Bogoyavlensky, vicedirettore scientifico dell’Istituto sulle criticità legate al petrolio e gas in seno alla RAN, sta studiando i crateri della Regione di Yamal sin da quando furono scoperti nel 2014. La formazione di queste strutture, secondo lo scienziato, è legata a processi di natura criovulcanica in cui il gas, spinto a grande pressione dalle profondità del terreno, riporta in superficie tutto il materiale che incontra lungo il suo percorso.

“Nei sedimenti pre-superficiali si registrano pressioni incredibilmente elevate che superano di molto non solo i valori di pressione idrostatica, ma anche i valori di quella litostatica. A fronte di ciò hanno luogo potenti emissioni a cui spesso fanno seguito l’autocombustione e l’esplosione del gas. In questi casi si vengono a creare enormi crateri profondi più di 50 m e le porzioni di permafrost espulse durante l’esplosione volano fino a raggiungere centinaia di metri di distanza. Le dimensioni di tali zolle di terreno divelte sono pari ad alcune decine di m3”, spiega lo scienziato.

Bogoyavlensky e i suoi colleghi, che hanno di recente analizzato nel dettaglio la diffusione delle aree a maggiore concentrazione di idrati gassosi nel Mar Glaciale Artico, nell’Oceano Atlantico e nel Pacifico, ritengono che durante le eruzioni di natura criovulcanica si emetta nell’atmosfera una quantità di metano incredibilmente maggiore rispetto a quella rilasciata di norma al largo.

“Nella zona russa dell’Artide abbiamo rinvenuto più di 10 siti di questo genere. Inoltre, dallo spazio sono stati registrati nella Regione di Yamal più di 7.000 rigonfiamenti del terreno, parte dei quali costituisce potenzialmente un rischio, e 400 laghi il cui fondale è costellato di grandi crateri legati al rilascio di metano”, spiega l’esperto.

Molti di questi siti, oggetto di studio da parte degli scienziati da diversi anni, registrano ripetuti eventi esplosivi che confermano il carattere vulcanico della creazione dei crateri.

La minaccia è reale

Gli scienziati concordano sul fatto che il degradamento del permafrost e il rilascio di metano in Artide siano processi oggettivi le cui conseguenze possono essere molto gravi. Per stimare realmente la portata della minaccia, è necessario continuare gli studi, identificare nuovi siti di questo genere e monitorare quelli esistenti. In particolare, quelli posizionati accanto a grandi impianti di estrazione, centri abitanti, porti e altre infrastrutture.

Lo studio di questi fenomeni va al di là della tutela degli interessi di un solo Paese. Infatti, è un tema che dovrebbe interessare tutti e che richiede sforzi congiunti da parte della comunità internazionale di scienziati. La Russia vanta l’opportunità esclusiva di guidare tale collaborazione. 

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