Hidrato de metano, un material similar al hielo hecho de gas natural comprimido, se quema cuando se enciende y se puede encontrar en algunas regiones del lecho marino y en el permafrost ártico.

Considerada la fuente de gas natural más grande del mundo, el hidrato de metano es una fuente potencial de combustible, y si se 'derrite' y se libera gas metano a la atmósfera, es un potente gas de efecto invernadero. Por estas razones, saber dónde se puede encontrar el hidrato de metano, y cuánto es probable que exista, es importante.

Un equipo de investigadores de Sandia National Laboratories y el Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. Ha desarrollado un nuevo sistema para modelar la probabilidad de encontrar hidrato de metano y gas metano que se probó en una región del lecho marino frente a la costa de Carolina del Norte.

Si bien se han encontrado depósitos de hidrato de metano en una variedad de lugares, Existen importantes incógnitas en cuanto a la cantidad de hidrato de metano que existe en el lecho marino y dónde. Es un desafío recolectar muestras del lecho marino para encontrar depósitos de hidrato de metano. Aquí es donde entra en juego la experiencia de Sandia en modelado por computadora.

"Esta es la primera vez que alguien ha podido abordar la distribución de hidrato de metano de la misma manera que abordamos el pronóstico del tiempo, "dijo Jennifer Frederick, un geocientífico computacional e investigador principal del proyecto. "Cuando escuche un pronóstico del tiempo con un 60% de probabilidad de cinco centímetros de lluvia, no necesariamente esperas exactamente dos pulgadas. Entiende que hay incertidumbre en ese pronóstico, pero sigue siendo bastante útil. En la mayoría de los lugares del lecho marino no tenemos suficiente información para producir una respuesta exacta, pero aún necesitamos saber algo sobre el metano y su distribución. Utilizando un enfoque probabilístico, similar a la previsión meteorológica moderna, podemos proporcionar respuestas útiles ".

El nuevo sistema combina la dilatada experiencia de Sandia en modelado probabilístico con algoritmos de aprendizaje automático del Laboratorio de Investigación Naval. El sistema fue probado y refinado modelando el área alrededor de Blake Ridge, una colina en el lecho marino de 90 a 230 millas al sureste de los Outer Banks de Carolina del Norte con depósitos conocidos de hidrato de metano y gas metano.

El equipo compartió su modelo para Blake Ridge y lo comparó con datos empíricos anteriores en un artículo publicado el 14 de marzo en la revista científica. Geoquímica, Geofísica, Geosistemas .

'Pronosticar' metano combinando el modelado de incertidumbre con el aprendizaje automático

El modelo global predictivo del fondo marino del Laboratorio de Investigación Naval proporciona detalles específicos del sitio sobre las propiedades del fondo marino, como la temperatura, concentración y presión generales de carbono. Si faltan datos para una región determinada, El modelo del Laboratorio de Investigación Naval utiliza algoritmos avanzados de aprendizaje automático para estimar el valor faltante basándose en información sobre otra área que puede estar geográficamente distante pero similar geológicamente.

El equipo de investigación importó los datos del modelo del Laboratorio de Investigación Naval al software Sandia que se especializa en muestreo y análisis estadístico. llamado Dakota. Usando Dakota, determinaron el valor más probable para las propiedades influyentes del lecho marino, así como la variación natural de los valores. Luego, de manera estadística, insertaron un valor de este rango esperado para cada propiedad en PFLOTRAN, otro software mantenido y desarrollado en Sandia. PFLOTRAN modela cómo reaccionan los productos químicos y los materiales se mueven bajo tierra o bajo el lecho marino. El equipo realizó miles de simulaciones de producción de metano en la región de Blake Ridge. Todo el software involucrado en el sistema es de código abierto y estará disponible para que lo utilicen otros investigadores oceanográficos.

"Una de las cosas más importantes que encontramos es que casi no hay formación de hidratos de metano a menos de 500 metros de profundidad, que es de esperar dada la temperatura y la presión necesarias para formar hidrato de metano, "dijo William Eymold, becario postdoctoral en Sandia y autor principal del artículo. Se sabe que el hidrato de metano sólido se forma a baja temperatura, Ambientes de alta presión donde las moléculas de metano están atrapadas dentro de moléculas de agua bien organizadas.

El equipo también encontró gas metano formado más cerca de la costa. Pudieron comparar su modelo con los valores de hidrato de metano calculados por estudios anteriores y muestras recolectadas hace unas décadas por el Programa de Perforación Oceánica de la Fundación Nacional de Ciencias. él dijo. Por ejemplo, Se detectó hidrato de metano en una muestra del fondo marino recolectada de un agujero perforado en Blake Ridge llamado Sitio 997.

"El hecho de que predijamos la formación de hidrato de metano en cantidades similares a estudios y observaciones anteriores realmente mostró que el sistema parece estar funcionando bastante bien, y podremos aplicarlo a otras ubicaciones geográficas que pueden tener menos datos, "Dijo Eymold.

Importancia del metano para la Marina y próximos pasos

La ubicación de los depósitos de hidrato de metano y gas metano cerca del lecho marino es importante para la Marina.

"Comprender cómo interactúa el sonido con el fondo marino es realmente importante para cualquier tipo de operación naval, "dijo Frederick." El gas metano afecta la acústica dramáticamente. Incluso si solo el 1% o 2% del espacio poroso en el sedimento del lecho marino está lleno de una burbuja de gas, la velocidad del sonido disminuye cien veces, o más. Este es un efecto muy grande, y si no lo explica correctamente, entonces no obtendrás una acústica precisa ".

Frederick comparó un submarino que usaba un sonar con el primer juego de arcade Breakout, donde un jugador mueve una paleta horizontalmente para mantener una pelota rebotando para destruir una pared de ladrillos. En esta analogía, el fondo marino sirve como "paleta" para reflejar o refractar las ondas sonoras, o la "pelota, "para obtener una vista completa de los obstáculos en el océano. Si la paleta comenzó a hacer rebotar la pelota de manera diferente, o se aferró a la pelota durante diferentes períodos de tiempo, dependiendo de dónde se ubicó la paleta, el juego se volvería mucho más desafiante.

Hasta aquí, el equipo ha utilizado su sistema para crear modelos de una región del Mar de Noruega entre Groenlandia y Noruega y las aguas poco profundas del Océano Ártico frente a la costa de la vertiente norte de Alaska, dos áreas de interés para la Marina.

Frederick también ha trabajado con un gran equipo de expertos internacionales para evaluar la cantidad de metano y dióxido de carbono almacenados en el lecho marino poco profundo del Ártico. y cuán sensibles serían esos depósitos al aumento de las temperaturas.

El equipo también ha creado un modelo mucho más tosco de todo el mundo y ha comenzado a mirar el Atlántico medio, donde se vio gas metano burbujeando en el lecho marino hace unos años.

"Será interesante ver si nuestro modelo es capaz de predecir estas regiones de filtraciones de metano en el lecho marino, ", Dijo Frederick." Nos gustaría ver si podemos predecir la distribución de estas filtraciones de metano y si son consistentes con las propiedades termodinámicas de la estabilidad de los hidratos de metano. Cuando veas una filtración, eso significa que hay mucho gas debajo del lecho marino. Eso afectará significativamente la forma en que el sonido viaja a través del lecho marino, y así sonar. También, estos depósitos podrían ser una fuente de gas natural para la producción de energía, impactará la ecología del océano y los ciclos de nutrientes, y si ese gas llega a la atmósfera, tendrá implicaciones en el cambio climático ".