יום שלישי, 11 בינואר 2000

מתאן - זרז אבולוציוני? / מקור אנרגיה חדש - יהודית הרלבן


שתי ידיעות במדור זה מתייחסות לקיומם של משקעים ימיים העשירים בהידרטים של הגז מתאן (CH4). מתאן הידרט הוא תערובת של מתאן ומים הנוצרים בהתפרקות של חומר אורגני, בטמפרטורות נמוכות, השוררות בין היתר בקרקעית האוקיינוסים, קופאת תערובת זו בנקבוביות הבוץ. שכבות של משקעים ימיים עשירים במתאן הידרטי מצויות כנראה בכל האוקיינוסים בשולי היבשות (מדפי היבשות), האזורים בהם משתפלת היבשה במדרון מתון אל קרקעית האוקיינום, באזור זה ישנן גלישות רבות של חומר המצטבר על הקרקעית. ההתעניינות בסלעי משקע אלה נובעת משתי סיבות; האחת — לשם ניצול כלכלי, והשניה — לפענוח אירועים הקשורים להתפתחות עולם החי בכדור הארץ.

Methane hydrate
הידרטים של מתאן בוערים
צילום: J. PINKSTON AND L. STERN/USGS

זרז אבולוציוני?
בשנת 1991 פרסמו ג׳יימס קנט (Kennett) מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה ולוול סטוט (Stott) מאוניברסיטת דרום קליפורניה עדויות המצביעות על כך שלפני כ־55 מיליון שנה התרחש אירוע התחממות בו עלתה טמפרטורת מי העומק באוקיינוסים מ־10 מעלות ל־18, וזאת במהלך מספר אלפי שנים בלבד. בפרק זמן זה נכחדו כ־40% ממיני החוריריות (פורמיניפרה, בעלי־חיים חד־תאיים) החיים בקרקעית הים והמותאמים למים קרים יותר. העדות מבוססת על שינוי ביחס האיזוטופים של החמצן, יחס המהווה מדד לטמפרטורת המים. מאוחר יותר התברר כי תהליך ההתחממות נמשך זמן רב יותר (בין 10 ל־20 אלף שנה) מכפי שהעריכו קנט וסטוט, וכי ייתכן שעליית הטמפרטורה היתה מתונה יותר. מכל מקום, הדבר עורר את התעניינותם של רבים מבין הפליאונטולוגים, המחפשים הסבר לפריחה הפתאומית של יונקים, במיוחד בצפון אמריקה: ביניהם האבות הקדמונים של הסוסים, הפרות, האיילים והקופים. 

פריחה זו של היונקים חלה באותה תקופה בה חלה התחממות האוקיינוסים. מן התקופה שהיא קדומה יותר מ־55 מיליון שנה נמצאו אך מעט מאובנים של יונקים קדמונים,  ולא עוד אלא שמאותם יונקים קדומים לא התפתחו במישרין היונקים המוכרים כיום. את ה״אשם׳׳ נטו להטיל על שינויים אקלימיים. ואכן, כאשר בוחנים את העדויות הגיאולוגיות הנוגעות ל־60 מיליון השנים האחרונות מצטיירת התחממות הדרגתית ששיאה התרחש לפני כ־53 מיליון שנה, ומאז החלה התקררות הדרגתית עד לתקופות הקרח המאפיינות את מיליון השנים האחרונות. על פי ממצאיהם של קנט וסטוט, במהלך ההתחממות ההדרגתית היה גם פרק זמן של התחממות מהירה יותר. השינויים ביחס האיזוטופים של החמצן לוו גם בשינוי ביחס האיזוטופים של היסוד פחמן, ושינוי יחס זה מייחסים ליצרנות החיים במים. עדויות האיזוטופים לא פתרו שתי שאלות: מה היתה עוצמת התחממות היבשה, ומה הקשר בין פריחת היונקים להתחממות.

על קשר זה הצביעו הגיאוכימאי פול קוך (Koch) והאוקיינוגרף ג׳יימס זכוס (Zachos). לדבריהם, מאחר שמתקיימים יחסי גומלין בין תרכובות הפחמן המומסות באוקיינוס לבין הפחמן הדו־חמצני שבאטמוספרה, הרי ששינוי ביחס האיזוטופים של הפחמן בים גורר בהכרח שינוי גם ביחס איזוטופי הפחמן באטמוספרה. הקשר שבין הפחמן שנמצא באטמוספרה כפחמן דו־חמצני לבין היצורים החיים ביבשה עובר דרך צמחי היבשה, המהווים - במישרין (צמחונים) או בעקיפין (טורפים, טפילים, אוכלי פגרים) — את מזונם של בעלי החיים היבשתיים. קוך וזכוס מדדו את יחס איזוטופי הפחמן בשיניהם של מאובני יונקים שחיו במהלך ארבעה מיליוני שנה סביב אירוע ההתחממות (55 מיליון שנה). התברר שיש שינוי בהרכב הפחמן בשיני מאובנים אלה ובעצמותיהם, כך שניתן ליחס את פריחת היונקים להתחממות. האם מדובר בהתפתחות מהירה של המינים הביולוגיים הקדומים לאבות המינים הנוכחיים, או שמדובר בכיבוש צפון אמריקה על ידי מיני יונקים חדשים, שצלחו את היבשת הצפונית ארקטיקה באמצעות הגשר היבשתי שנוצר עקב ההתחממות? זו עדיין שאלה פתוחה; ואולם נדמה שלשאלה מה גרם להתחממות המהירה נדמה שנמצאה התשובה: הגז מתאן!

לפני כחמש שנים הוצע לראשונה שהופעתם של מיני היונקים השונים לפני כ־55 מיליון שנה היא תוצאה של ״אירוע מתאן״ גדול: מתאן קפוא, שמקורו בשכבות המרכיבות את חלקה העליון של קרקעית האוקיינוסים, השתחרר, הגיב עם חמצן מומס במים ליצירת פחמן דו־חמצני שהשתחרר לאטמוספרה וגרם להתחממות גלובלית. שכבה עשירה במתאן רגישה מאד לשינוי בטמפרטורת המים שמעליה. באחד מגיליונות כתב־העת Science של נובמבר 1999 הציגה מרים כץ (Katz) מאוניברסיטת רטגרס שבניו־ג׳רסי ועמיתיה עדויות שניתן לפרשן כאירוע מתאן שהתרחש לפני כ־55 מיליון שנה. העדויות הן מ׳׳גלעין״ (מדגם סלע) שהוצא מקרקעית הים כ־350 ק״מ ממזרח לחופי פלורידה. התברר שכמחצית החוריריות שחיו בקרקעית הים מתו בפתאומיות, כנראה עקב ההתחממות. מאחר שבמתאן יחס איזוטופי הפחמן שונה מזה של הפחמן המקורי בסלע המשקע, יחס האיזוטופים של הפחמן בגלעין מצביע על נוכחות מתאן. ולבסוף, קיימות עדויות המצביעות על המסה חלקית של סלע המשקע על ידי חומצה פחמתית, הנוצרת בעקבות התמוססות של פחמן דו־חמצני במים. עדויות דומות התקבלו על ידי מספר מדענים, ואולם המיוחד בגלעין שעליו דווח לאחרונה הוא הימצאותה של שכבת בוץ דקה, שעובייה כ־20 ס״מ, הכוללת גושים ושברים, שכבה הנוצרת בתחתית מדרון עליו מתרחשת גלישת קרקע. מה לגלישות קרקע ולשחרור מתאן? מתברר שכשמתאן־הידרטי מתחמם הוא הופך לגז ולמים ואז נגרמת עליה בלחץ בשכבה. עליית הלחץ גורמת לגלישה של השכבה. ואכן שכבת הבוץ הנושאת עדויות לגלישת קרקע נמצאת מעל השכבות בהן ״גוועו״ החוריריות ומתחת לשכבה בה זוהה שינוי ביחס האיזוטופים של הפחמן. מכאן שסדר הארועים כפי שנרשם בגלעין הסלע הוא: התחממות (מות החוריריות), גלישת השכבה(עדויות בבוץ) ולבסוף שינוי ביחס איזוטופי הפחמן (נוכחות מתאן). בנוסף, עדויות סייסמיות שנאספו כ־15 ק״מ במעלה המדרון מנקודת הקידוח הצביעו על נוכחות שכבה בה השיכוב מאד לא מסודר, עדות נוספת לגלישת חומר במדרון.

מקור אנרגיה חדש
בסוף ינואר השנה החל קידוח ראשוני לבדיקת האפשרות לניצול מתאן קפוא כמשאב כלכלי. הקידוח הוא יוזמה יפנית הנשענת על ההערכה שהאנרגיה הגלומה במשקעים המכילים מתאן קפוא גדולה מכל עתודות הנפט, גז ופחם הקיימות כיום!

הקידוח מתבצע באוקיינוס השקט כ־60 ק״מ מחופי יפן, במצרי ננקאי. את המידע הנוגע למבנה של קרקעית הים ולהרכבה אנו שואבים בדרך כלל מנתונים סיסמיים. ואכן מנתונים אלה ניתן ללמוד על נוכחות שכבה עשירה במתאן מתחת למשקעים
הבונים את מדרונות היבשת במקומות רבים.

ואולם כדי לבדוק את כדאיות המתאן כמקור אנרגיה יש לקדוח בשכבה עצמה. אין זה הניסיון הראשון; הידוע מכל הניסיונות
הקודמים הוא קידוח שנערך בשנת 1995 כ־320 ק״מ מחופי דרום קרוליינה. הבעיה mבקידוח זה, כמו בקודמיו, היתה שהמתאן, בהיותו גז בטמפרטורות הקידוח, פשוט נגוז, ברח מדוגמת הסלע עוד לפני שזו הגיע לפני השטח. לפיכך לא התאפשר לדעת כמה מתאן מכילה השכבה.

לביצוע הקידוח הנוכחי חברו מספר גופים יפנים, ביניהם חברת הנפט הלאומית, והוא נתמך גם על ידי משרד המסחר והתעשיה היפני. בקידוח ייעשה שימוש באמצעים טכנולוגיים חדשניים, שיאפשרו לשמר את הדוגמה במצבה המקורי, בעיקר בנוגע למתאן, וכן למדוד את נקבוביות השכבה. לכמות ולאופי החללים בשכבה חשיבות רבה, מאחר שגורמים אלה קובעים האם ניתן יהיה בעתיד לגרום לגז המתאן לזרום אל באר הקידוח, בדומה לנפט וגז. המכשור הטכנולוגי החדיש נוסה לראשונה בקידוח שעומקו 1150 מטר בצפון מערב קנדה ובשיתוף המכונים הגיאולוגיים של קנדה וארצות הברית.

מהניסוי עלה שבשכבה הנידונה יש פוטנציאל הנאמד בטריליונh ליטרים של גז מתאן, אך הוטל ספק באפשרות ניצולו ובכדאיות הכלכלית של ניצול כזה. ואולם תוצאות הקידוח בקנדה מהוות בסיס לפיתוח מודל שיאפשר לאמוד את עתודות המתאן באלסקה. הקידוח הנוכחי יערך כשנה ועיבוד הנתונים ימשך מספר חודשים נוספים. הניסיון היפני אינו בודד ומדינות כמו ארצות הברית, רוסיה, הודו, נורווגיה וקנדה עוסקות אף הן בהערכת עתודות המתאן שלהן ואפשרות ניצולו כמקור אנרגיה.

פורסם בגליליאו 38, ינואר-פברואר 2000. 

אין תגובות:

פרסום תגובה