jezioro Kivu jest jednym z najdziwniejszych zbiorników wodnych Afryki. Niezwykły zestaw właściwości czynią go intrygującym obiektem dla naukowców, a także potencjalnym źródłem niebezpieczeństwa i dobrobytu dla milionów ludzi żyjących w pobliżu.

Kivu nie zachowuje się jak większość głębokich jezior. Zazwyczaj, gdy woda na powierzchni jeziora jest chłodzona-na przykład przez zimowe temperatury powietrza lub rzeki niosące wiosenne roztopy śniegu-zimna, gęsta woda tonie, a cieplejsza, mniej gęsta woda unosi się z głębszych warstw jeziora. Proces ten, znany jako konwekcja, generalnie utrzymuje powierzchnie głębokich jezior cieplejsze niż ich głębokości.

ale na jeziorze Kivu okoliczności zmówiły się, aby zablokować to mieszanie, nadając jeziorowi nieoczekiwane cechy — i zaskakujące konsekwencje.

wzdłuż granicy między Rwandą a Demokratyczną Republiką Konga, Kivu jest jednym z ciągów jezior wzdłuż wschodniej Afrykańskiej Doliny Ryftowej, gdzie kontynent afrykański jest powoli rozrywany przez siły tektoniczne. Powstałe naprężenia rozrzedzają skorupę ziemską i wywołują aktywność wulkaniczną, tworząc gorące źródła pod Kivu, które zasilają gorącą wodę, dwutlenek węgla i metan w dolnych warstwach jeziora. Mikroorganizmy wykorzystują część dwutlenku węgla, a także materię organiczną tonącą z góry, do tworzenia energii, wytwarzając dodatkowy Metan jako produkt uboczny. Duża głębokość Kivu — ponad 1500 stóp w najgłębszym punkcie-wytwarza tak duże ciśnienie, że gazy te pozostają rozpuszczone.

Ta mieszanina wody i rozpuszczonych gazów jest gęstsza niż sama woda, co zniechęca ją do wzrostu. Głębsza woda jest również bardziej słona z powodu osadów opadających z górnych warstw jeziora i z minerałów w gorących źródłach, co dodatkowo zwiększa gęstość. Rezultatem, mówi limnolog Siergiej Katsev z University of Minnesota Duluth, jest jezioro z kilkoma różnymi warstwami wody o znacznie różnych gęstościach, z tylko cienkimi warstwami przejściowymi między.

warstwy można podzielić mniej więcej na dwa regiony: jeden z mniej gęstych wód powierzchniowych powyżej głębokości około 200 stóp i, poniżej, region gęstej wody zasolonej, która sama jest dalej stratyfikowana, mówi Alfred Wüest, fizyk Wodny w szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologicznym w Lozannie. W każdej warstwie zachodzi mieszanie, ale nie oddziałują one ze sobą. „Wystarczy pomyśleć o całej masie wody, która siedzi tam od tysięcy lat i nic nie robi”, mówi Wüest, autor artykułu z 2019 roku w Annual Review of Fluid Mechanics surveying convection in various lakes of the world, w tym o dziwnych odstających obiektach, takich jak Jezioro Kivu.

ale Jezioro Kivu to coś więcej niż naukowa ciekawostka. Jego niezwykła stratyfikacja i dwutlenek węgla i metan uwięzione w głębszych warstwach naukowcy obawiają się, że może to być katastrofa, która czeka.

czyhające niebezpieczeństwo

około 1,400 mil na północny zachód od Kivu, Jezioro Kraterowe w Kamerunie znane jako Jezioro Nyos podobnie gromadzi i zatrzymuje duże ilości rozpuszczonego gazu — w tym przypadku dwutlenku węgla — z wulkanicznego otworu wentylacyjnego na dnie jeziora. 21 sierpnia 1986 roku w spektakularny sposób zademonstrowano śmiertelny potencjał tego zbiornika gazu. Prawdopodobnie z powodu osunięcia się ziemi duża ilość wody została nagle wysiedlona, powodując, że rozpuszczony dwutlenek węgla szybko wymieszał się z górnymi warstwami jeziora i uwalniał do powietrza. Duża, śmiertelna chmura gazu udusiła około 1800 osób w pobliskich wioskach.

takie wydarzenia nazywane są erupcjami limnicznymi, a naukowcy obawiają się, że Kivu może być Dojrzałe na podobne, jeszcze bardziej śmiertelne wydarzenie. Nyos jest stosunkowo małym jeziorem, mierzącym nieco ponad milę długości, nieco poniżej mili szerokości i mniej niż 700 stóp głębokości. Kivu ma 55 mil długości, 30 mil szerokości w najszerszym miejscu i ponad dwa razy głębiej niż Nyos. Ze względu na swoje rozmiary, jak mówi Katsev, Kivu „ma potencjał do poważnej, katastrofalnej erupcji limnicznej, w której uwolnionych zostanie wiele mil sześciennych gazu.”

około 14,000 osób mieszkało w pobliżu Nyos w czasie erupcji; ponad 2 miliony mieszka w pobliżu jeziora Kivu dzisiaj, w tym około 1 milion mieszkańców miasta Bukavu, w Demokratycznej Republice Konga. Gdyby Kivu doświadczyło erupcji limnicznej, mówi limnolog Sally MacIntyre z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara, ” byłoby to całkowicie katastrofalne.”

to nie jest tylko teoretyczna troska. Naukowcy odkryli, co może być dowodem co najmniej jednej poprzedniej erupcji limnicznej w Kivu, która prawdopodobnie miała miejsce między 3500 a 5000 lat temu, a być może kilka nowszych. Rdzenie osadowe pobrane z dna jeziora ujawniły cechy znane jako brązowe warstwy, które są niepodobne do otaczających osadów. Te pasma osadów to „bardzo niezwykłe, bogate w substancje organiczne warstwy”, mówi Katsev, które mogą być wynikiem erupcji.

erupcje Limniczne mogą wystąpić z dwóch powodów. Jeśli woda zostanie całkowicie nasycona rozpuszczonymi gazami, każdy dodatkowy dwutlenek węgla lub Metan wstrzyknięty do jeziora zostanie zmuszony do wydostania się z roztworu, podniesienia się i uwolnienia do powietrza. Erupcje mogą być również spowodowane, gdy coś zmusza głęboką wodę z rozpuszczonymi gazami do mieszania się z powyższymi warstwami, zmniejszając ciśnienie na gazy i pozwalając im szybko wyjść z roztworu i uciec, podobnie jak efekt wstrząsania puszką sody, a następnie jej otwarcia.

podczas gdy osuwisko skali podejrzewane w erupcji Nyos może nie spowodować wystarczającego mieszania w Kivu, ze względu na rozmiar i głębokość jeziora, istnieje kilka innych możliwych wyzwalaczy. Kivu znajduje się w obszarze aktywnym sejsmicznie, więc trzęsienie ziemi może wytworzyć fale w jeziorze, które wymieszałyby warstwy na tyle, aby uwolnić uwięzione gazy. Klimat jest również potencjalnym winowajcą. Co najmniej jedna miniona erupcja odkryta w zapisie osadu wydaje się być spowodowana suszą, która odparowała wystarczającą ilość wody z górnej części jeziora, aby zmniejszyć ciśnienie na niższych poziomach i uwolnić rozpuszczone gazy. Obniżenie poziomu wody w okresach suchych może również spowodować, że Kiwu będzie bardziej narażone na zakłócenia spowodowane szczególnie intensywnymi opadami deszczu. Mogą przepłukać wystarczającą ilość osadów z dziesiątek strumieni zasilających Jezioro, aby spowodować mieszanie się warstw, mówi MacIntyre.

szanse na taką sekwencję zdarzeń mogą wzrosnąć, gdy planeta się ogrzeje, mówi MacIntyre. Zmiany klimatu przyniosą więcej deszczu w Afryce Wschodniej ,a ” to będzie w postaci bardziej ekstremalnych zdarzeń deszczowych z większymi przerwami suszy pomiędzy nimi.”

innym możliwym czynnikiem wywołującym jest aktywność wulkaniczna pod jeziorem lub z okolicznych wulkanów, ale naukowcy uważają, że ryzyko tego jest niskie. Erupcja pobliskiej góry Nyiragongo z 2002 r.nie przyniosła wystarczającej ilości materiału, by zniszczyć dolne warstwy Kivu. Badania modelarskie wykazały, że wulkanizm poniżej jeziora również nie spowodowałby wystarczająco dużych zakłóceń, mówi MacIntyre.

niezależnie od sprawcy, efekt byłby taki sam: nagromadzone gazy są uwalniane z ich rozpuszczonego stanu, tworząc gęste chmury dwutlenku węgla i metanu, które, jak to się stało z dwutlenkiem węgla w Nyos, mogłyby wyprzeć tlen i udusić ludzi i zwierzęta. A jeśli do powietrza w Kivu uwolniona zostanie wystarczająca ilość metanu, istnieje dodatkowe ryzyko, że może on się zapalić.

Katsev mówi, że jezioro jest regularnie monitorowane pod kątem oznak wzrostu stężenia gazu, więc nagłe upwelling „nie zaskoczy nas.”Kilkanaście stacji sejsmicznych mierzy również aktywność w pobliżu jeziora w czasie rzeczywistym. W 2001 roku rozpoczęto starania, aby zmniejszyć ryzyko kolejnej katastrofy w Nyos poprzez odprowadzanie wody z dna jeziora przez rurę na powierzchnię, gdzie dwutlenek węgla jest uwalniany do powietrza w bezpiecznym tempie. Podobne wysiłki podejmowane są w Kivu.

wydobywanie na głębokościach

wraz ze wzrostem stężenia gazu w głębokościach Kivu wzrasta ryzyko. Wüest i jego współpracownicy odkryli, że od 1974 do 2004 stężenie dwutlenku węgla wzrosło o 10 procent, ale większym problemem w Kivu jest stężenie metanu, które wzrosło o 15 do 20 procent w tym samym okresie.

istnieje jednak sposób, aby zamienić ryzyko Kivu w nagrodę. Ten sam gaz, który mógłby napędzać śmiertelną klęskę żywiołową, ma potencjał jako odnawialne źródło energii dla regionu. W 2008 r. Rwanda uruchomiła program pilotażowy pobierający metan z jeziora do spalania jako gaz ziemny, a w zeszłym roku podpisała umowę na eksport butelkowanego metanu. W 2015 roku w sieci pojawił się znacznie większy program o nazwie KivuWatt.

projekty pompują wodę z głębokich warstw jeziora, a wraz z obniżeniem ciśnienia na tej wodzie uwalniane są gazy. Metan jest wydobywany w celu wykorzystania jako paliwo, a dwutlenek węgla jest pompowany z powrotem na dno jeziora. „Biorą ten gaz, wysyłają go rurociągiem na ląd i spalają go w taki sposób, w jaki spalałbyś paliwa kopalne, aby wytwarzać energię elektryczną”, mówi Katsev.

to zbieranie może pomóc zmniejszyć ryzyko nagromadzonego gazu w jeziorze, choć nie wyeliminuje go. Mimo to, jak na jezioro z takim niebezpieczeństwem czającym się poniżej, wszystko pomaga. Dla regionu wokół jeziora może być ważnym źródłem energii. Gdy KivuWatt będzie w pełni dostępny, 100 megawatów energii wyprodukowanych w ramach samego projektu będzie miało znaczący wpływ na Rwandę, kraj rozwijający się, który dąży do powszechnego dostępu do energii elektrycznej.