8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 133 TA ΟΡΗ ΤΟΥ ΑΝΑΞΙΜΑΝΔΡΟΥ, ΑΝ. ΜΕΣΟΓΕΙΟΣ: ΕΝΑ ΕΚΤΕΤΑΜΕΝΟ ΠΕΔΙΟ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣ ΥΔΡΙΤΩΝ Κ. Περισοράτης Συντονιστής του προγράμματος «Αναξίμανδρος» Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών Μεσογείων 70, Αθήνα ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στο πλαίσιο του προγράμματος «ΑΝΑΞΙΜΑΝΔΡΟΣ» μελετήθηκαν οι υδρίτες βρίσκονται στην περιοχή των ομώνυμων ορέων που βρίσκονται στην βορειο-ανατολική Μεσόγειο. Προσδιορίστηκαν οι γενικές ιζηματολογικές και γεωχημικές συνθήκες σχηματισμού τους και οι περιοχές εμφάνισής τους. Περαιτέρω μελέτες των στοιχείων που συλλέχθηκαν αναμένεται να δώσουν πληροφορίες για την ποσοστιαία συμμετοχή των διαφόρων υδρογονανθράκων καθώς και τον ρόλο της βιόσφαιρας στον σχηματισμό των υδριτών. Λέξεις κλειδιά: Αν. Μεσόγειος, Όρη Αναξίμανδρου, Υδρίτες, δόμοι ιλύος, λασποηφαίστεια. ABSTRACT In the framework of ANAXIMANDER project the Gas Hydrates that are present at the homonymous mountain in the Eastern Mediterranean were studied. During the research the sedimentological and geochemical conditions of the Gas Hydrate formation and their sectors of occurrence were defined. Further elaboration of the collected data is extracted to provide information on the quantitative composition of the hydrocarbons and the role of the biosphere in their formation.
134 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι υδρίτες ή ενυδατωμένοι υδρογονάνθρακες (Gas Hydrates) είναι χημικές ενώσεις που ανήκουν στους κλειθρίτες, δηλαδή ενώσεις που εγκλείουν άλλες ενώσεις και αποτελούνται από έξι μόρια νερού και ένα μόριο μεθανίου σε μορφή πάγου. Απαντώνται σε βάθη θάλασσας που κυμαίνονται από 200 έως 2.500 μέτρα, κυρίως σε στρώματα κάτω ή επί του πυθμένα, όπου επικρατούν συνθήκες υψηλής πίεσης και χαμηλής θερμοκρασίας αλλά όταν βρεθούν σε χαμηλότερες συνθήκες πίεσης και υψηλότερες τιμές θερμοκρασίας, αποσυντίθενται και ο πάγος γίνεται νερό μειουμένου του όγκου του ενώ το μεθάνιο αποκτά, ως αέριο, όγκο 164 φορές μεγαλύτερο. Οι υδρίτες σε ποσοστό 98% περίπου βρίσκονται στα υποστρώματα του θαλάσσιου πυθμένα. Εκεί ανακαλύφθηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 1970 όταν παρατηρήθηκε ότι κατά την διάρκεια σεισμικών διασκοπίσεων η ταχύτητα του ήχου αυξανόταν στα στρώματα των υδριτών, λόγω της παρουσίας πάγου και μειωνόταν αμέσως μετά σε βαθύτερους ορίζοντες ιζημάτων. Οι ιδιαιτερότητες της σύστασης των υδριτών σε συνδυασμό με τα τεράστια αποθέματα που έχουν διαπιστωθεί έχουν κεντρίσει το ενδιαφέρον πολλών επιστημόνων. Η σημασία τους συνοψίζεται σε τρεις τομείς. Στην πιθανή επίδραση στην σύσταση της ατμόσφαιρας με την έκλυση μεθανίου, στην πρόκληση μεγάλων υποθαλάσσιων κατολισθήσεων λόγω της ενδεχόμενης υγροποίησής τους και τέλος στην χρήση τους ως καύσιμη ύλη στο μέλλον (Hag, 1998). ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΕΣ ΕΡΕΥΝΕΣ- ΥΛΟΠΟΙ- ΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ «ΑΝΑΞΙ- ΜΑΝΔΡΟΣ» Η ιδιαίτερη σημασία που έχει δοθεί στους υδρίτες συνίσταται στο ότι ο όγκος των υγραερίων, κυρίως μεθανίου, που περιέχεται στους υδρίτες παγκοσμίως είχε εκτιμηθεί περίπου στα 21 10 15 m 3 (Kvenvolden, 1988). Επομένως μια ενδεχόμενη αποσύνθεσή τους θα είχε σημαντικές συνέπειες όπως για παράδειγμα την επιβάρυνση της ατμόσφαιρας. Πιο πρόσφατες όμως εκτιμήσεις (Milkov, 2004) θεωρούν ότι ο όγκος αυτός είναι από 1 έως 5 10 15 m 3 μεθανίου, που αντιστοιχεί στο 5%. του συνολικού οργανικού άνθρακα στην υδρόγειο (οι υδρογονάνθρακες υπολογίζεται ότι περιέχουν περίπου το 54%). Παρά τις συντηρητικότερες όμως αυτές εκτιμήσεις η τριπλή σημασία των υδριτών παραμένει, ιδιαίτερα για την ενδεχόμενη εκμετάλλευσή τους ως καύσιμη ύλη. Αυτό συμβαίνει όχι λόγω του συνολικού όγκου τους όσο λόγω του γεγονότος ότι σε μερικές περιοχές τα αποθέματα υδριτών είναι μεγάλα οπότε μια μελλοντική χρήση τους από χώρες με υψηλές ανάγκες σε ενέργεια (π.χ. Κίνα, Ινδία) να είναι οικονομικά συμφέρουσα. Μέχρι σήμερα υδρίτες έχουν εντοπισθεί σε μεγάλες εκτάσεις σε πολλές θαλάσσιες περιοχές (Ειρηνικός ωκεανός, Ινδικός ωκεανός κ.α.). Στις ευρωπαϊκές θάλασσες παρουσία υδριτών έχει διαπιστωθεί στην Μαύρη Θάλασσα και στην Ανατολική Μεσόγειο, ενώ έμμεσες ενδείξεις υπάρχουν στην Δυτική Μεσόγειο, στον νοτιοανατολικό και βόρειο Ατλαντικό και την βόρεια θάλασσα. Στην ανατολική Μεσόγειο υδρίτες έχουν εντοπιστεί στα υποθαλάσσια υβώματα του Αναξίμανδρου ανατολικά της Ρόδου. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή εδώ και πάνω από μια 10ετία χρηματοδοτεί προγράμματα μελέτης των υδριτών κυρίως στις ευρωπαϊκές θάλασσες (Perissoratis et al., 2003). Από τα πρώτα προγράμματα έγινε προσπάθεια να αντιμετωπιστεί ένα σοβαρό πρόβλημα στην μελέτη των υδριτών: την λήψη αδιατάρακτου δείγματος υδριτών και την μεταφορά του in situ στον εργαστηριακό χώρο. Αυτό επιτεύχθηκε με το πρόγραμμα HYACE (1977-2000, Περισοράτης κ.α. 2000, Amann et al., 1998), στο πλαίσιο του προγράμματος πλαισίου MAST III (Marine Science and Technology), με το οποίο κατασκευάστηκε ένας αυτόκλειστος δειγματολήπτης που λάμβανε αδιατάρακτα δείγματα υδριτών σε γεωτρήσεις του προγράμματος IODP. Κατά τα επόμενα έτη η ευρωπαϊκή Κοινότητα χρηματοδότησε αρκετά
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 135 προγράμματα σχετικά με υδρίτες (Perissoratis et al., 2003), που αφορούσαν π.χ. μεθόδους εντοπισμού τους με σεισμικές μεθόδους, δημιουργία βάσεων δεδομένων που θα κατέγραφαν τις περιοχές παρουσίας υδριτών και τέλος προγράμματα μελέτης των περιοχών όπου είχαν εντοπιστεί υδρίτες. Στην τελευταία κατηγορία εντάσσεται το πρόγραμμα «ΑΝΑΞΙΜΑΝΔΡΟΣ». Στην Μεσόγειο ο εντοπισμός υδριτών συνδέθηκε, όπως και σε άλλες περιοχές, με την ύπαρξη δόμων ιλύος (mud domes) ή λασποηφαιστείων (mud volcanoes) τα οποία χαρτογραφήθηκαν κατά την διάρκεια εκτεταμένων ερευνών με όργανα πλευρικής διασκόπισης κατά τα έτη 1995 και 1996, (Woodside et.al.1998). Το έτος 1996 λήφθηκαν οι πρώτοι υδρίτες στο λασποηφαίστειο Kula που βρίσκεται στην περιοχή των Ωρέων του Αναξίμανδρου στην Αν. Μεσόγειο. Ακολούθησαν αργότερα εκτεταμένες έρευνες στην περιοχή με ανακάλυψη και δειγματοληψία υδριτών το 1999 και από το λασποηφαίστειο Amsterdam. Οι υδρίτες που είχαν εντοπιστεί μέχρι τότε βρίσκονταν στην επιφάνεια του πυθμένα σε βάθος 2000 μ. περίπου και σε θερμοκρασία 12-14 ο C. Το τριετές πρόγραμμα «ΑΝΑΞΙΜΑΝΔΡΟΣ» εγκρίθηκε για χρηματοδότηση το 2002 και είχε στόχο την καθολική μελέτη του φαινομένου των υδριτών από κάθε πλευρά (γεωλογικό περιβάλλον, στρωματογραφική ανάλυση, γεωχημικές μελέτες, σχηματισμός και αποσύνθεση των υδριτών, ρόλος της συμπαρομαρτούσης βιόσφαιρας). Για να επιτευχθεί ο στόχος αυτός ήταν απαραίτητο εκτός από τον εντοπισμό των υδριτών να γίνει δειγματοληψία τους και εργαστηριακή μελέτη σε συνθήκες που θα πλησίαζαν όσο το δυνατόν πιο κοντά στις πραγματικές. Αυτό όμως προϋπέθετε την κατά το δυνατόν αποφυγή της αποσύνθεσης των υδριτών τόσο κατά την διάρκεια της πυρηνοληψίας όσο και της δειγματοληψίας. Για τον σκοπό αυτό στο πρόγραμμα έγιναν πυρηνοληψίες με δύο μεθόδους. Στην πρώτη μέθοδο χρησιμοποιήθηκαν δύο ειδικοί αυτόκλειστοι (autoclave) πυρηνολήπτες ο APCA (Autoclave Piston Corer Anaximander) και ο MAC (Multi Autoclave Corer) που κατασκευάστηκαν από το Πολυτεχνείο του Βερολίνου και μπορούσαν να διατηρήσουν την πίεση και την θερμοκρασία των ιζημάτων και των εγκλειομένων υδριτών σε συνθήκες in situ. Οι πυρήνες δεν υφίσταντο δειγματοληψία γιατί γινόταν μέτρηση του όγκου και συλλογή των εκλυομένων αερίων κατά την διάρκεια ελεγχόμενης αποσύνθεσής τους. Στην δεύτερη μέθοδο χρησιμοποιήθηκε ο συνήθης πυρηνολήπτης βαρύτητας (gravity corer) στον οποίο τοποθετείτο εσωτερικά πλαστικός σωλήνας (πουκάμισο) ήδη εγκάρσια κομμένος, ενώ η ταχύτητα ανάσυρσης ήταν η μέγιστη δυνατή. Έτσι ο συνολικός χρόνος που απαιτείτο για την ανάσυρση από το βάθος των 2.000μ.και την διάνοιξη του πυρήνα ήταν περίπου 30 και ακολούθησαν δειγματοληψίες για ιζηματολογική, γεωχημική και βιολογική μελέτη, συλλογή των κρυστάλλων των υδριτών και τοποθέτησή τους σε δοχείο θερμοκρασίας 70 ο C. Σπάνια χρησιμοποιήθηκε και πυρηνολήπτης τετραγωνικής διατομής (box corer). Κατά τη διάρκεια δύο περιόδων εργασιών υπαίθρου με το R/V ΑΙΓΑΙΟ (12-24/5/2003 και 27/10-9/11 2004) συλλέχθηκαν συνολικά 85 πυρήνες με τον πυρηνολήπτη βαρύτητας, από τους οποίους οι 26 περιείχαν υδρίτες. Επίσης συλλέχθηκαν 8 αυτόκλειστοι πυρήνες στους οποίους έγινε συλλογή και μέτρηση του όγκου των περιεχομένων αερίων. Θα πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι κατά την διάρκεια της πρώτης περιόδου εργασίας υπαίθρου έγιναν και λεπτομερείς σεισμικές διασκοπίσεις με αεροβόλο (air gun) και απεικονίσεις του πυθμένα με το όργανο πλευρικής διασκόπισης multibeam, έτσι ώστε να γίνει γνωστή η μορφολογία του και η θέση των δόμων ιλύος και των λασποηφαιστείων. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα μέχρι τώρα αποτελέσματα του προγράμματος ΑΝΑΞΙΜΑΝΔΡΟΣ το οποίο έχει ημερο-
136 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας μηνία λήξης 31/12/2005 είναι συνοπτικά και ενδεικτικά τα ακόλουθα: - Οι υδρίτες εμφανίζονται στους πυρήνες σε βάθος από 0,3 μ έως 1,5μ. κάτω από τον πυθμένα είτε ως διακριτοί κρύσταλλοι μεγέθους έως μερικών εκατοστών είτε ως κόκκοι ρυζιού διασπαρμένοι στο ίζημα. - Η δειγματοληψία των υδριτών έγινε από πυρήνες που λήφθηκαν από τα ήδη γνωστά λασποηφαίστεια Amsterdam και Kazan και από τα λασποηφαίστεια Αθήνα και Θεσσαλονίκη που ανακαλύφθηκαν κατά την διάρκεια των ερευνών. Το βάθος της θάλασσας που βρέθηκαν οι υδρίτες κυμαίνεται από 1.260 έως 2.230 μέτρα. - Στην περιοχή μελέτης κατολισθήσεις ροής εναλλάσσονται με περιόδους ημιπελαγικής ιζηματογένεσης κατά την διάρκεια της οποίας αποτέθηκαν στρώματα σαπροπηλών και ηφαιστειακής σποδού. - Ο όγκος των αερίων που συλλέχθηκαν από τους αυτόκλειστους πυρηνολήπτες κυμαίνεται από 5,8 έως 58lit. Οι υψηλότερες περιεκτικότητες παρατηρήθηκαν στο λασποηφαίστειο Amsterdam. - Ο σχηματισμός των υδριτών φαίνεται ότι οφείλεται κυρίως σε θερμογενείς διαδικασίες με μετέπειτα συμβολή των βιογενών παραγόντων (βακτηριδίων). - Η θερμοκρασία των ιζημάτων ήταν χαμηλή (έως και 3 ο C) σε αντίθεση με την θερμοκρασία του περιβάλλοντος θαλάσσιου χώρου που ήταν αρκετά υψηλότερη (12-14 ο C). - Η περιοχή που δημιουργούνται υδρίτες στην περιοχή των ορέων του Αναξίμανδρου είναι σημαντικά πιο εκτεταμένη από ότι θεωρείτο μέχρι τώρα. Τα μέχρι τώρα αποτελέσματα των ερευνών έχουν ήδη δημοσιευθεί σε πολλές εργασίες τις οποίες ο ενδιαφερόμενος μπορεί να βρει στο www.igme.gr/anaximander ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η επιτυχής υλοποίηση του προγράμματος «ΑΝΑΞΙΜΑΝΔΡΟΣ» (2002-2005) οφείλεται στην ιδιαίτερα αγαστή συνεργασία μεταξύ των επιστημόνων όλων των συμμετεχόντων ερευνητικών Ινστιτούτων: ΙΓΜΕ, ΕΚΘΕ, Πολυτεχνείου Κρήτης, Πολυτεχνείου Βερολίνου, Πολυτεχνείου Clausthal, Πανεπιστημίου Αμστερνταμ και Ωκεανογραφικού Ινστιτούτου Βαρκελώνης. Ευχαριστίες οφείλονται και στο πλήρωμα του Ω/Κ Αιγαίο για την συλλογή την στοιχείων. Το πρόγραμμα χρηματοδοτήθηκε από το 5 ο Π. Πλαίσιο της ΧΙΙ Διεύθυνση της Ε.Ε. (EC contract EVK3-CT-2002-00068). ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Amann H., Baraza J., Marx C., Perissoratis C., Roberts J., Skinner A., Valdy P., and Zuidberg H., 1998: HYACE, An Antoclave coring equipment for systematic offshore sampling, measurement and ground truthing. Third European MAST Conference, V. IV, p. 1531-1540. Επίσης με τον ίδιο τίτλο στα πρακτικά EUROCEAN 2000, σελ. 670-673. Hag B.U., 1998: Gas Hydrates: Greenhouse Nightmare? Energy Panacea or Pipe Dream? GSA today, v. 8, No 11, 1-6. Kvenvolden K.A., 1988: Methane hydrate a major reservoir of carbon in the shallow geosphere? Chemical Geology 71, 41-51. Milkov, A.V., 2004: Global estimate of hydratebound gas in marine sediments: how much is really out there? Earth Science Reviews, 66: 183-197. Περισοράτης Κ., Ζαχαράκη Π., Ζημιανίτης Ε., Ανδρινόπουλος Α., Μητρόπουλος Δ., 2000: Πρόγραμμα HYACE: Αυτόκλειστοι δειγματολήπτες υδριτών (Αποτελέσματα- Προοπτικές). 6 ο Πανελ. Συμπ. Ωκεανογραφίας και Αλιείας. Πρακτικά Τόμος I, 486-490. Perissoratis C., Amann H., Francis T., and Westbrook G., 2003: The European com-
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 137 mission Contribution to the Gas hydrate issue: Projects and prospects. GSA An. Meet. Abstract with programs, Seattle, 2-5 Nov. 2003. Woodside J., Mascle J., Zitter T., Limonov A., Ergun M., Woodside J. Ivanov M., and Limonov A., 1998: Shallow gas and gas hydrates in the Anaximander Mountains region, eastern Mediterranean sea. In: Henriet, J.P., Mienert J., (Eds), Gas Hydrates, Relevance to World Margin Stability and Climate Change, Spec. Pupl. Geol. Soc London, 177-193.