Provtagningarna som studien bygger på genomfördes ombord R/V Electra i Tvärminne skärgård 2022. Foto: Markus Maxe

Metan är en kraftig växthusgas, och den näst viktigaste bidragande faktorn till den globala uppvärmningen efter koldioxid. För att kunna begränsa klimatförändringarna är det därför viktigt att förstå hur gasen bildas och transporteras. Även om metan till stor del bildas genom naturliga processer kan utsläppen förstärkas av mänskliga aktiviteter, till exempel hög tillförsel av näringsämnen till havet som orsakar övergödning.

I en ny studie har forskare vid Stockholms universitet och Helsingfors universitet undersökt metanets dynamik i bräckta kustmiljöer för att förbättra förståelsen av utsläppen till atmosfären. Forskarna upptäckte att en stor del av det lösta metan som finns i ytvattnet härstammar från upplösning av bubblor som bildas i havsbottens sediment och som färdas upp genom vattenpelaren – på engelska kallat ”ebullition” – snarare än diffusion av löst metan från havsbotten.

 – Detta är viktigt eftersom det tyder på att de totala metanutsläppen från bräckta kustområden sannolikt underskattas, då vissa bubblor även når atmosfären, säger Martijn Hermans, studiens huvudförfattare.

Metantransport i havet - två vägar

Metan bildas när organiskt material, som döda växter, alger och djur, bryts ned, huvudsakligen under syrefria förhållanden. I salta hav sker denna process vanligtvis djupt nere i sedimenten, och nästan ingen metan transporteras till vattnet, än mindre till atmosfären. I ett bräckt system som Östersjön, och särskilt när det finns en hög tillförsel av organiskt material, sker dock metanproduktionen närmare sedimentytan. Därifrån kan metanet transporteras till vattnet, och även vidare till atmosfären, på två olika sätt. Löst metan kan diffundera från havsbotten till bottenvattnet och sedan uppåt genom vattenpelaren. När metanproduktionen är hög blir dock porvattnet i sedimenten övermättat och det bildas bubblor som färdas snabbare uppåt genom vattnet.

Forskaren Martijn Hermans. Foto: Lisa Bergqvist

I den nya studien undersökte forskarna ursprunget till löst metan i ytvattnet genom att analysera förekomsten av olika varianter av metan, så kallade isotoper, i sedimentet och i vattnet. Isotopernas sammansättning varierar beroende på de processer där metan har bildats och brutits ned, och är därför en nyckel till metanets ursprung.

Största delen av det metan som bildas i sedimentet innehåller ”vanligt” kol med 6 neutroner i kärnan (kol-12), men en mindre del innehåller tyngre kol med 7 neutroner (kol-13). Löst metan i vattnet oxideras gradvis, det vill säga bryts ner till koldioxid. Metan med kol-12 oxideras dock lättare än det med kol-13, vilket gör att andelen tyngre metan blir större ju längre metanet befinner sig i sedimentet eller i vattnet. Metan som härstammar från bubblor har tillbringat kortare tid i vattnet i jämförelse, och förhållandet mellan kol-12 och kol-13 är därför mer lik den ursprungliga. 

 – Mätningar från både grunda områden och från djupare, skiktade, områden visar att metanet i ytvattnet i skiktade områden har samma isotopsammansättning som metanet längre ner i sedimentet där metanbubblor bildas. Den del som kommer från diffusion från havsbottnen var försumbar. Ju mer skiktad vattenpelaren är, desto mer metan i ytvattnet härrör från bubblor, säger Martijn Hermans.

Den troliga förklaringen till detta är att merparten av det lösta metan som diffunderar från sedimentet bryts ner innan det når det övre vattenskiktet, särskilt i skiktat vatten där termoklinen fungerar som en barriär. Bubblorna kan å andra sidan stiga jämförelsevis snabbt genom vattenpelaren där de delvis löses upp. Det faktum att upplösning av metanbubblor bidrar till metanhalten i ytvattnet innebär också att de bubblor som inte löses upp sannolikt tar sig hela vägen till atmosfären.

 – Förekomsten av bubblor kan vara mycket ojämn, förklarar Martijn Hermans. Många bubblor kan komma från särskilda ”hotspots” som inte alltid fångas upp i regelbundna mätningar, så det kan finnas mer metan som släpps ut från dessa miljöer än vad som tidigare uppskattats.

Öppna illustrationen som högupplöst pdf:  Metandynamiken i bräckt kustvatten (1512 Kb)

Mätningar i Tvärminne skärgård

Mätningarna som studien baseras på gjordes i augusti 2022, då en grupp forskare från olika discipliner vid Stockholms universitet använde R/V Electra för en expedition till Tvärminne zoologiska station, som ligger nära Hangö i Finland. Expeditionen var en del av det pågående samarbetet mellan universiteten - CoastClim - som utforskar sambanden mellan kust och klimat. Inom CoastClim pågår bland annat modelleringsstudier som syftar till att kvantifiera de totala metanutsläppen från Östersjön.

 – I framtida beräkningar ska vi försöka uppskatta hur stor del av de totala metanutsläppen från Östersjön som kommer från bubblor, och inkludera dem. De samlade utsläppen är sannolikt större än vad vi har beräknat hittills, säger Erik Gustafsson, oceanograf och forskare vid Östersjöcentrum och inom CoastClim. 

Provtagningsplatsen i Tvärminne skärgård är inte bara representativ för Östersjön, utan också för många andra kustmiljöer som har låg salthalt och hög tillförsel av näringsämnen.

 – Resultaten tyder på att bubblor kan spela en nyckelroll för metantransporten till ytvatten över hela världen. Den kunskapen kan få betydande konsekvenser för de globala uppskattningarna av metanutsläppen, säger Martijn Hermans.

Text: Lisa Bergqvist

Läs studien i Science of The Total Environment:

Hermans et al 2024: Ebullition dominates methane emissions in stratified coastal waters