ทะเลสาปแอฟริกา ที่มีพลังระเบิด

ในแอฟริกากลางเป็นทะเลสาบลึกที่มีแนวโน้มที่จะระเบิดเป็นอันตราย แต่การแตะมันเป็นแหล่งพลังงานสามารถช่วยหลีกเลี่ยงภัยพิบัติได้

ทะเลสาบคีวูเป็นแหล่งน้ำที่แปลกประหลาดที่สุดแห่งหนึ่งของแอฟริกา ชุดคุณสมบัติที่ผิดปกติทำให้เป็นเรื่องที่น่าสนใจสำหรับนักวิทยาศาสตร์รวมถึงเป็นแหล่งที่มาของอันตรายและความเจริญรุ่งเรืองสำหรับผู้คนนับล้านที่อาศัยอยู่ใกล้เคียง

Kivu ไม่ทำตัวเหมือนทะเลสาบลึกส่วนใหญ่ โดยปกติแล้วเมื่อน้ำที่ผิวน้ำทะเลสาบเย็นลง – โดยอุณหภูมิของอากาศในฤดูหนาวหรือแม่น้ำที่มีหิมะละลายในฤดูใบไม้ผลิเป็นต้น – น้ำที่เย็นและหนาแน่นจะจมลงและน้ำอุ่นขึ้นและมีความหนาแน่นน้อยกว่าจะลอยขึ้นมาจากส่วนลึกในทะเลสาบ กระบวนการนี้เรียกว่าการพาความร้อนโดยทั่วไปจะช่วยให้พื้นผิวของทะเลสาบลึกอุ่นกว่าความลึก

แต่ที่ทะเลสาบ Kivu มีสถานการณ์สมคบกันที่จะปิดกั้นการผสมนี้ทำให้ทะเลสาบมีคุณสมบัติที่ไม่คาดคิด – และผลที่น่าประหลาดใจ

Kivu ตั้งอยู่ริมพรมแดนระหว่างรวันดาและสาธารณรัฐประชาธิปไตยคองโกเป็นหนึ่งในทะเลสาบที่เรียงรายอยู่ในหุบเขารอยแยกของแอฟริกาตะวันออกซึ่งทวีปแอฟริกากำลังถูกดึงออกจากกันอย่างช้าๆโดยกองกำลังเปลือกโลก ผลที่เกิดขึ้นทำให้เปลือกโลกบางลงและกระตุ้นการระเบิดของภูเขาไฟทำให้เกิดน้ำพุร้อนใต้ Kivu ซึ่งป้อนน้ำร้อนคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนลงในชั้นล่างสุดของทะเลสาบ จุลินทรีย์ใช้ CO2 บางส่วนเช่นเดียวกับอินทรียวัตถุที่จมลงจากด้านบนเพื่อสร้างพลังงานผลิตก๊าซมีเทนเพิ่มเติมเป็นผลพลอยได้ โดยปกติแล้วก๊าซเหล่านี้จะฟองออกจากน้ำ แต่ความลึกที่ยิ่งใหญ่ของ Kivu – มากกว่า 460 เมตร (1,500 ฟุต) ที่จุดที่ลึกที่สุด – สร้างแรงกดดันอย่างมากจนยังคงละลายอยู่

Kivu มีความเป็นไปได้ที่จะเกิดการปะทุของลิมนิกครั้งใหญ่ที่ร้ายแรงซึ่งจะมีการปล่อยก๊าซจำนวนหลายลูกบาศก์ไมล์ – Sergei Katsev

ส่วนผสมของน้ำและก๊าซที่ละลายได้นี้มีความหนาแน่นมากกว่าน้ำเพียงอย่างเดียวซึ่งทำให้ไม่สามารถเพิ่มขึ้นได้ น้ำที่ลึกกว่านั้นก็มีความเค็มมากขึ้นเช่นกันเนื่องจากตะกอนที่ตกลงมาจากชั้นบนของทะเลสาบและจากแร่ธาตุในน้ำพุร้อนซึ่งจะเพิ่มความหนาแน่นมากขึ้น ผลที่ตามมา Sergei Katsev นักวิทยาศาตร์วิทยาแห่งมหาวิทยาลัยมินนิโซตาดูลู ธ กล่าวว่าเป็นทะเลสาบที่มีน้ำหลายชั้นแตกต่างกันอย่างชัดเจนโดยมีชั้นการเปลี่ยนแปลงบาง ๆ เท่านั้น

คุณอาจต้องการ:

แผนการอันยิ่งใหญ่ของรัสเซียในการทำความสะอาดกากนิวเคลียร์ในอาร์กติก
เกาะเขตร้อนฟื้นตัวจากหนูดำได้อย่างไร
ความเป็นใหญ่ของอินเดียขุดหลุมหนึ่งล้านบ่อ

ชั้นสามารถแบ่งออกได้เป็นสองส่วนโดยประมาณ: หนึ่งในน้ำผิวดินที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าที่ระดับความลึกประมาณ 60 เมตร (200 ฟุต) และด้านล่างนั้นเป็นบริเวณที่มีน้ำเกลือหนาแน่นซึ่งมีการแบ่งชั้นเพิ่มเติม Alfred Wüestนักฟิสิกส์ทางน้ำกล่าว ที่ Swiss Federal Institute of Technology ในเมืองโลซาน มีการผสมกันภายในแต่ละชั้น แต่จะไม่โต้ตอบกัน “ ลองคิดดูว่ามวลน้ำทั้งหมดนั่งอยู่ที่นั่นเป็นเวลาหลายพันปีโดยไม่ทำอะไรเลย” Wüestผู้ซึ่งศึกษาการพาความร้อนในทะเลสาบต่างๆของโลกกล่าว

แต่ทะเลสาบ Kivu เป็นมากกว่าแค่ความอยากรู้อยากเห็นทางวิทยาศาสตร์ การแบ่งชั้นที่ผิดปกติและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซมีเทนที่ติดอยู่ในชั้นลึกทำให้นักวิจัยกังวลว่าอาจเป็นภัยพิบัติที่รอให้เกิดขึ้น

อันตรายที่ซุ่มซ่อน

ประมาณ 1,400 ไมล์ (2,250 กม.) ทางตะวันตกเฉียงเหนือของ Kivu ทะเลสาบปล่องภูเขาไฟในแคเมอรูนที่รู้จักกันในชื่อ Lake Nyos สะสมและดักจับก๊าซที่ละลายในปริมาณมากในกรณีนี้คือ CO2 จากปล่องภูเขาไฟที่ก้นทะเลสาบ เมื่อวันที่ 21 สิงหาคม พ.ศ. 2529 ศักยภาพที่ร้ายแรงของแหล่งกักเก็บก๊าซนั้นปรากฏให้เห็นอย่างน่าเศร้า อาจเกิดจากการถล่มน้ำจำนวนมากจึงถูกแทนที่อย่างกะทันหันทำให้ CO2 ที่ละลายแล้วผสมกับชั้นบนของทะเลสาบอย่างรวดเร็วและปล่อยสู่อากาศ เมฆก๊าซขนาดใหญ่ที่ร้ายแรงทำให้สลบไปประมาณ 1,800 คนในหมู่บ้านใกล้เคียง

หากก๊าซมีเทนถูกปล่อยสู่อากาศเพียงพอที่ Kivu มีความเสี่ยงเพิ่มเติมที่จะทำให้เกิดการลุกไหม้ได้

เหตุการณ์เช่นนี้เรียกว่าการปะทุของลิมนิคและนักวิทยาศาสตร์กลัวว่า Kivu อาจจะสุกงอมสำหรับเหตุการณ์ที่คล้ายกันแม้กระทั่งอันตรายถึงตาย Nyos เป็นทะเลสาบที่ค่อนข้างเล็กมีความยาวมากกว่าหนึ่งไมล์ (1.6 กม.) กว้างเพียงหนึ่งไมล์และลึกน้อยกว่า 210 เมตร (700 ฟุต) Kivu มีความยาว 55 ไมล์ (89 กม.) 30 ไมล์ (48 กม.) ที่จุดที่กว้างที่สุดและลึกกว่า Nyos มากกว่าสองเท่า เนื่องจากขนาดของมัน Katsev กล่าวว่า Kivu“ มีศักยภาพในการปะทุของลิมนิกครั้งใหญ่ที่ร้ายแรงซึ่งจะมีการปล่อยก๊าซออกมาเป็นจำนวนลูกบาศก์ไมล์

ผู้คนประมาณ 14,000 คนอาศัยอยู่ใกล้เมือง Nyos ในช่วงเวลาที่เกิดการปะทุ ในปัจจุบันมีมากกว่าสองล้านคนอาศัยอยู่ในบริเวณใกล้เคียงกับทะเลสาบ Kivu ซึ่งรวมถึงผู้อยู่อาศัยประมาณหนึ่งล้านคนในเมือง Bukavu ในสาธารณรัฐประชาธิปไตยคองโก หาก Kivu กำลังจะปะทุขึ้น Sally MacIntyre นักลีนวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาบาร์บาร่ากล่าว“ มันจะเป็นหายนะอย่างสิ้นเชิง”

นี่ไม่ใช่แค่ความกังวลทางทฤษฎี นักวิทยาศาสตร์ได้พบสิ่งที่อาจเป็นหลักฐานของการปะทุของลิมินิกอย่างน้อยหนึ่งครั้งก่อนหน้านี้ที่ Kivu ซึ่งน่าจะเกิดขึ้นระหว่าง 3,500 ถึง 5,000 ปีที่แล้วและอาจเป็นไปได้อีกหลายครั้ง แกนตะกอนที่นำมาจากก้นทะเลสาบเผยให้เห็นลักษณะที่เรียกว่าชั้นสีน้ำตาลซึ่งแตกต่างจากตะกอนโดยรอบ แถบตะกอนเหล่านี้เป็น“ ชั้นที่อุดมด้วยสารอินทรีย์ผิดปกติมาก” Katsev กล่าวซึ่งอาจเป็นผลมาจากการปะทุ

การปะทุของปูนอาจเกิดขึ้นได้จากสองสาเหตุ หากน้ำอิ่มตัวจนหมดด้วยก๊าซที่ละลายน้ำ CO2 หรือมีเทนเพิ่มเติมใด ๆ ที่ฉีดเข้าไปในทะเลสาบจะถูกบังคับให้ฟองออกจากสารละลายเพิ่มขึ้นและถูกปล่อยออกสู่อากาศ การปะทุอาจเกิดขึ้นได้เมื่อมีบางสิ่งบังคับให้น้ำลึกที่มีก๊าซที่ละลายอยู่มาผสมกับชั้นด้านบนลดความดันของก๊าซและปล่อยให้ออกมาจากสารละลายและหลบหนีได้อย่างรวดเร็วคล้ายกับผลของการเขย่ากระป๋องโซดา แล้วเปิดมัน

ในขณะที่การถล่มของขนาดที่สงสัยในการปะทุของ Nyos อาจทำให้เกิดการผสมที่ Kivu ไม่เพียงพอเนื่องจากขนาดและความลึกของทะเลสาบมีสาเหตุอื่น ๆ ที่เป็นไปได้หลายประการ Kivu อยู่ในพื้นที่ที่มีแผ่นดินไหวดังนั้นแผ่นดินไหวอาจทำให้เกิดคลื่นในทะเลสาบซึ่งจะผสมชั้นมากพอที่จะปล่อยก๊าซที่ติดอยู่ออกมา สภาพภูมิอากาศยังเป็นตัวการที่อาจเกิดขึ้นได้

การปะทุในอดีตอย่างน้อยหนึ่งครั้งที่พบในบันทึกตะกอนดูเหมือนว่าเกิดจากความแห้งแล้งที่ระเหยน้ำออกจากด้านบนของทะเลสาบเพียงพอเพื่อลดความดันที่ระดับล่างและปล่อยก๊าซที่ละลายออกมา ระดับน้ำที่ลดลงในช่วงฤดูแล้งอาจทำให้ Kivu เสี่ยงต่อการหยุดชะงักจากฝนตกหนักโดยเฉพาะ MacIntyre กล่าวว่าพวกเขาสามารถล้างตะกอนที่สร้างขึ้นได้เพียงพอจากลำธารหลายสายที่ไหลลงสู่ทะเลสาบเพื่อทำให้ชั้นต่างๆผสมกัน MacIntyre กล่าว

โอกาสของลำดับเหตุการณ์ดังกล่าวอาจเพิ่มขึ้นเมื่อดาวเคราะห์อุ่นขึ้น MacIntyre กล่าว การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศคาดว่าจะทำให้เกิดฝนตกมากขึ้นในแอฟริกาตะวันออกและ“ มันจะเกิดขึ้นในรูปแบบของเหตุการณ์ฝนตกที่รุนแรงมากขึ้นพร้อมกับความแห้งแล้งในช่วงเวลาที่มากขึ้น”

สาเหตุที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือการระเบิดของภูเขาไฟใต้ทะเลสาบหรือจากภูเขาไฟโดยรอบ แต่นักวิทยาศาสตร์คิดว่าความเสี่ยงนั้นต่ำ 2002 การระเบิดของภูเขาอยู่บริเวณใกล้เคียง Nyiragongoไม่ได้นำมาในวัสดุพอที่จะทำลายชั้นล่างของ Kivu และการศึกษาแบบจำลองได้แสดงให้เห็นว่าภูเขาไฟใต้ทะเลสาบจะไม่ก่อให้เกิดการหยุดชะงักมากพอเช่นกัน MacIntyre กล่าว

ไม่ว่าสาเหตุของการปะทุจะเป็นอย่างไรผลก็จะเหมือนกัน ก๊าซที่สะสมจะถูกปลดปล่อยออกจากสถานะที่ละลายน้ำทำให้เกิดเมฆ CO2 และก๊าซมีเทนที่หนาแน่นซึ่งเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับ CO2 ที่ Nyos สามารถแทนที่ออกซิเจนและนำไปสู่การขาดอากาศ และหากปล่อยก๊าซมีเทนออกสู่อากาศที่ Kivu มากพอก็มีความเสี่ยงเพิ่มเติมที่จะทำให้ติดไฟได้

Katsev กล่าวว่าทะเลสาบได้รับการตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอเพื่อดูสัญญาณของการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของก๊าซดังนั้นการเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน“ จะไม่ทำให้เราประหลาดใจ” สถานีแผ่นดินไหวมากกว่าหนึ่งโหลจะวัดกิจกรรมใกล้ทะเลสาบแบบเรียลไทม์เช่นกัน และในปี 2544 ความพยายามเริ่มลดความเสี่ยงที่จะเกิดภัยพิบัติอีกครั้งที่ Nyos โดยการสูบน้ำจากก้นทะเลสาบผ่านท่อสู่ผิวน้ำซึ่งCO2 จะถูกปล่อยสู่อากาศในอัตราที่ปลอดภัย ความพยายามที่คล้ายกันกำลังดำเนินอยู่ที่ Kivu

ขุดเจาะลึก

เมื่อความเข้มข้นของก๊าซเพิ่มขึ้นในระดับความลึกของ Kivu ความเสี่ยงก็เช่นกัน Wüestและเพื่อนร่วมงานพบว่าตั้งแต่ปี 1974 ถึง 2004 ความเข้มข้นของ CO2 เพิ่มขึ้น 10 % แต่สิ่งที่ Kivu กังวลมากขึ้นคือความเข้มข้นของก๊าซมีเทนซึ่งเพิ่มขึ้น 15-20% ในช่วงเวลาเดียวกัน

อาจมีวิธีเปลี่ยนความเสี่ยงของ Kivu ให้เป็นรางวัลได้ ก๊าซชนิดเดียวกับที่สามารถกระตุ้นให้เกิดภัยธรรมชาติที่ร้ายแรงมีศักยภาพในการเป็นแหล่งพลังงานสำหรับภูมิภาคนี้ ในปี 2008 ประเทศรวันดาเปิดตัวโครงการนำร่องการใช้ก๊าซมีเทนจากทะเลสาบในการเผาไหม้เป็นก๊าซธรรมชาติและปีที่ผ่านมาได้ลงนามในสัญญากับการส่งออกก๊าซมีเทนดื่มบรรจุขวด โครงการสกัดก๊าซมีเทนที่มีขนาดใหญ่กว่ามากเรียกว่าKivuWattเปิดตัวในปี 2558

โครงการสูบน้ำจากชั้นลึกของทะเลสาบและเมื่อความดันลดลงในน้ำนั้นก๊าซจะถูกปล่อยออกมา ก๊าซมีเทนถูกสกัดเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกสูบกลับลงไปที่ด้านล่างของทะเลสาบ “ พวกเขารับก๊าซนี้ส่งผ่านท่อบนบกและเผามันแบบที่คุณเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า” Katsev กล่าว

สำหรับผู้คนที่อาศัยอยู่ในบริเวณใกล้เคียงของทะเลสาบสิ่งนี้อาจกลายเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญ เมื่อ KivuWatt ออนไลน์อย่างสมบูรณ์กำลังไฟฟ้า 100 เมกะวัตต์ที่โครงการผลิตได้อาจสร้างความแตกต่างอย่างมากให้กับรวันดาซึ่งเป็นประเทศกำลังพัฒนาซึ่งมีประชากรเพียง 35% เท่านั้นที่สามารถเข้าถึงไฟฟ้าได้

การเก็บเกี่ยวก๊าซในทะเลสาบคิวูอาจช่วยลดความเสี่ยงจากการปะทุแม้ว่าจะไม่สามารถกำจัดได้ก็ตาม ถึงกระนั้นสำหรับทะเลสาบที่มีอันตรายมากมายซ่อนตัวอยู่ด้านล่างการลดความเสี่ยงใด ๆ ถือเป็นขั้นตอนที่มีค่า

บทความนี้ เคยปรากฏ ในนิตยสาร Knowable และเผยแพร่ซ้ำที่นี่โดยได้รับอนุญาต และนี่ก็เป็นเหตุผลว่าทำไมเรื่องนี้ไม่ได้มีการประมาณการสำหรับการปล่อยก๊าซคาร์บอนของมันให้เป็นเรื่องแพลนเน็ตมักจะทำในอนาคต