Kivujärvi on yksi Afrikan oudoimmista vesistöistä. Epätavalliset ominaisuudet tekevät siitä kiinnostavan aiheen tiedemiehille sekä mahdollisen vaaran ja vaurauden lähteen miljoonille lähistöllä asuville ihmisille.

Kivu ei käyttäydy kuten useimmat syvät järvet. Tyypillisesti järven pinnan veden jäähtyessä-esimerkiksi talvi-ilman lämpötilojen tai keväistä lumikuormaa kuljettavien jokien vaikutuksesta-kylmä, tiheä vesi vajoaa, ja lämpimämpi, vähemmän tiheä vesi nousee syvemmältä järvestä. Tämä konvektiona tunnettu prosessi pitää yleensä syvien järvien pinnat lämpimämpinä kuin niiden syvyydet.

mutta Kivujärvellä olosuhteet ovat estäneet tämän sekoittumisen, mikä on antanut järvelle odottamattomia ominaisuuksia — ja yllättäviä seurauksia.

Ruandan ja Kongon demokraattisen tasavallan rajalla sijaitseva Kivu on yksi Itä-Afrikan hautavajoamaa reunustavista järvistä, joissa tektoniset voimat vetävät Afrikan mannerta hitaasti erilleen. Syntyvä rasitus ohentaa maankuorta ja käynnistää vulkaanista toimintaa, jolloin kivun alapuolelle syntyy kuumia lähteitä, jotka syöttävät kuumaa vettä, hiilidioksidia ja metaania järven pohjakerroksiin. Pieneliöt käyttävät osan hiilidioksidista sekä ylhäältä uppoavasta orgaanisesta aineksesta energian tuottamiseen, jolloin sivutuotteena syntyy lisää metaania. Kivun suuri syvyys-syvimmillään yli 1 500 jalkaa-luo niin paljon painetta, että nämä kaasut pysyvät liuenneina.

Tämä veden ja liuenneiden kaasujen seos on tiheämpää kuin pelkkä vesi, mikä estää sitä nousemasta. Syvempi vesi on myös suolaisempaa johtuen järven ylemmistä kerroksista satavasta sedimentistä ja kuumien lähteiden mineraaleista, mikä lisää tiheyttä entisestään. Minnesotan Duluthin yliopiston limnologi Sergei Katsev sanoo, että tuloksena on järvi, jossa on useita erillisiä vesikerroksia, joiden tiheydet ovat jyrkästi erilaiset ja joiden välissä on vain ohuita siirtymäkerroksia.

kerrokset voidaan jakaa karkeasti kahteen alueeseen: noin 200 metrin syvyydessä sijaitsevaan vähemmän tiheään pintaveteen ja sen alapuolella sijaitsevaan tiheään suolaveteen, joka on itse edelleen kerrostunut, sanoo vesifyysikko Alfred Wüest Sveitsin liittovaltion teknillisestä instituutista Lausannesta. Jokaisessa kerroksessa on sekoittumista, mutta ne eivät ole vuorovaikutuksessa keskenään. ”Ajatelkaa koko vesimassaa, joka on istunut siellä tuhansia vuosia tekemättä mitään”, sanoo Wüest, joka kirjoitti vuonna 2019 artikkelin the Annual Review of Fluid Mechanics surveying convection in various lakes of the world, including weird outliers like Lake Kivu.

mutta Kivujärvi on muutakin kuin tieteellinen kuriositeetti. Sen epätavallinen kerrostuminen ja sen syvempiin kerroksiin loukkuun jäänyt hiilidioksidi ja metaani ovat saaneet tutkijat huolestumaan siitä, että se voi olla edessä oleva katastrofi.

vaaniva vaara

noin 1 400 mailia kivusta luoteeseen Kamerunissa sijaitseva Nyos — järvenä tunnettu kraatterijärvi vastaavasti kerääntyy ja vangitsee suuria määriä liuennutta kaasua — tässä tapauksessa hiilidioksidia-järven pohjassa olevasta vulkaanisesta tuuletusaukosta. Elokuun 21.päivänä 1986 tuon kaasusäiliön tappava potentiaali osoitettiin näyttävästi. Mahdollisesti maanvyöryn seurauksena suuri määrä vettä siirtyi äkisti pois, jolloin liuennut hiilidioksidi sekoittui nopeasti järven Ylempiin kerroksiin ja vapautui ilmaan. Suuri, tappava kaasupilvi tukehdutti noin 1 800 ihmistä lähikylissä.

tämänkaltaisia tapahtumia kutsutaan limnisten purkauksiksi, ja tutkijat pelkäävät, että Kivu saattaa olla kypsä samanlaiselle, jopa tappavammalle tapahtumalle. Nyos on suhteellisen pieni järvi, joka on hieman yli kilometrin pitkä, vajaan kilometrin leveä ja alle 700 metriä syvä. Kivu on 55 mailia pitkä, 30 mailia leveä leveimmältä kohdaltaan ja yli kaksi kertaa niin syvä kuin Nyos. Katsevin mukaan kivulla ” on kokonsa vuoksi mahdollisuus suureen, katastrofaaliseen limnisen purkaukseen, jossa vapautuisi monta kuutiokilometriä kaasua.”

Nyosin lähellä asui purkauksen aikaan noin 14 000 ihmistä; yli 2 miljoonaa asuu nykyään Kivujärven läheisyydessä, mukaan lukien noin miljoona ihmistä Bukavun kaupungissa Kongon demokraattisessa tasavallassa. Jos kivussa tapahtuisi limninen purkaus, se olisi täysin katastrofaalista, sanoo limnologi Sally MacIntyre Kalifornian yliopistosta Santa Barbarasta.”

Tämä ei ole vain teoreettinen huolenaihe. Tutkijat ovat löytäneet todisteita ainakin yhdestä aiemmasta kivussa tapahtuneesta limnic-purkauksesta, joka tapahtui todennäköisesti 3 500-5 000 vuotta sitten, ja mahdollisesti useammasta uudemmasta purkauksesta. Järven pohjasta otetuissa sedimenttikerrostumissa on paljastunut ruskeiksi kerrostumiksi kutsuttuja piirteitä, jotka poikkeavat ympäröivistä sedimenteistä. Nämä sedimenttikerrokset ovat Katsevin mukaan” hyvin epätavallisia, orgaanisesti rikkaita kerroksia”, jotka saattavat johtua purkauksista.

Limnic-purkauksia voi esiintyä kahdesta syystä. Jos vesi kyllästyy kokonaan liuenneilla kaasuilla, järveen mahdollisesti ruiskutettava ylimääräinen hiilidioksidi tai metaani pakotetaan kuplimaan liuoksesta, nousemaan ja vapautumaan ilmaan. Purkauksia voi syntyä myös silloin, kun jokin pakottaa syvän veden liuenneiden kaasujensa sekoittumaan yllä oleviin kerroksiin, mikä vähentää kaasujen painetta ja antaa niiden tulla nopeasti ulos liuoksesta ja paeta, samaan tapaan kuin ravistamalla soodatölkkiä ja avaamalla sen sitten.

vaikka Nyosin purkauksessa epäillyn suuruinen maanvyörymä ei välttämättä aiheuta kivussa tarpeeksi sekoittumista, on järven koon ja syvyyden vuoksi olemassa useita muitakin mahdollisia laukaisijoita. Kivu on seismisesti aktiivisella alueella,joten maanjäristys voisi synnyttää järveen aaltoja, jotka sekoittaisivat kerroksia tarpeeksi vapauttaakseen vangitut kaasut. Myös ilmasto on mahdollinen syyllinen. Ainakin yksi sedimenttiaineistosta löydetty aiempi purkaus näyttää johtuneen kuivuudesta, joka haihdutti järven huipulta niin paljon vettä, että alempien tasojen paine laski ja liuenneet kaasut vapautuivat. Kuivina kausina lasketut vedenkorkeudet voisivat myös altistaa kivun erityisen rankkasateiden aiheuttamille häiriöille. Ne pystyivät huuhtomaan järveen virtaavista kymmenistä puroista niin paljon kasautunutta sedimenttiä, että kerrokset sekoittuivat, MacIntyre sanoo.

tällaisen tapahtumasarjan todennäköisyys voi kasvaa planeetan lämmetessä, MacIntyre sanoo. Ilmastonmuutos tuo lisää sadetta Itä-Afrikkaan, ja ”se tulee äärimmäisinä sateina, joiden välissä on suurempia kuivuusjaksoja.”

toinen mahdollinen laukaisija on vulkaaninen toiminta järven alla tai ympäröivistä tulivuorista, mutta tutkijoiden mukaan riski siihen on pieni. Vuonna 2002 tapahtunut purkaus läheisellä Nyiragongo-vuorella ei tuonut tarpeeksi materiaalia sekoittaakseen kivun alimmat kerrokset. Ja mallinnustutkimukset ovat osoittaneet, että vulkaanisuus järven alapuolella ei myöskään aiheuttaisi tarpeeksi suurta häiriötä, MacIntyre sanoo.

oli syy mikä tahansa, vaikutus olisi sama: kerääntyneet kaasut vapautuvat liuenneesta tilastaan luoden tiheitä hiilidioksidi-ja metaanipilviä, jotka, kuten tapahtui hiilidioksidin kanssa Nyosissa, voisivat syrjäyttää hapen ja tukehduttaa sekä ihmisiä että eläimiä. Ja jos kivussa vapautuu ilmaan riittävästi metaania, on olemassa lisäriski, että se voi syttyä.

Katsev kertoo, että järveä tarkkaillaan säännöllisesti kaasupitoisuuden kohoamisen merkkien varalta, joten äkillinen nouseminen ”ei tule yllätyksenä.”Toistakymmentä seismistä mittausasemaa mittaa aktiivisuutta myös järven lähellä reaaliaikaisesti. Vuonna 2001 uuden katastrofin riskiä alettiin vähentää Nyosissa imemällä vettä järven pohjasta putkea pitkin maan pinnalle, josta hiilidioksidi vapautuu ilmaan turvallista vauhtia. Samanlaisia toimia on käynnissä kivussa.

syvyyksien louhinta

kaasun pitoisuuksien noustessa kivun syvyyksissä myös riski kasvaa. Wüest ja kollegat havaitsivat, että vuodesta 1974 vuoteen 2004 hiilidioksidipitoisuus kasvoi 10 prosenttia, mutta kivussa suurempi huoli on metaanipitoisuus, joka nousi 15-20 prosenttia samana aikana.

voi kuitenkin olla olemassa keino muuttaa kivun riski palkinnoksi. Samalla kaasulla, joka voisi aiheuttaa tuhoisan luonnonkatastrofin, on potentiaalia alueen uusiutuvaksi energianlähteeksi. Vuonna 2008 Ruanda aloitti pilottiohjelman, jossa järvestä otetaan metaania poltettavaksi maakaasuna ja viime vuonna allekirjoitettiin sopimus pullotetun metaanin viennistä. Paljon suurempi ohjelma, nimeltään KivuWatt, tuli verkkoon vuonna 2015.

hankkeissa pumpataan vettä järven syvistä kerroksista, ja kun paine siihen veteen laskee, kaasut vapautuvat. Metaani louhitaan polttoaineeksi ja hiilidioksidi pumpataan takaisin järven pohjaan. ”He ottavat tämän kaasun, kuljettavat sen putkilinjaa pitkin rannikolle ja polttavat sen samalla tavalla kuin fossiilisia polttoaineita poltettaisiin sähkön tuottamiseksi”, Katsev sanoo.

tämä korjuu voisi auttaa pienentämään järveen kertyneen kaasun riskiä, vaikka se ei sitä poistakaan. Järvelle, jonka alla vaanii niin suuri vaara, mikä tahansa auttaa. Järven lähiympäristölle se voisi olla tärkeä energianlähde. Kun KivuWatt on täysin kytketty verkkoon, pelkästään tämän hankkeen tuottamalla 100 megawatin sähköllä on merkittävä merkitys Ruandalle, joka on kehittyvä maa, joka tähtää sähkön yleiseen saatavuuteen.