Lake Kivu är en av Afrikas märkligaste vattendrag. En ovanlig uppsättning egenskaper gör det till ett spännande ämne för forskare, liksom en potentiell källa till fara och välstånd för de miljontals människor som bor i närheten.

Kivu beter sig inte som de flesta djupa sjöar. Vanligtvis, när vatten vid ytan av en sjö kyls — av vinterlufttemperaturer eller floder som bär vårsnösmältning, till exempel — det kalla, täta vattnet sjunker och varmare, mindre tätt vatten stiger upp från djupare i sjön. Denna process, känd som konvektion, håller i allmänhet ytorna på djupa sjöar varmare än deras djup.

men vid sjön Kivu har omständigheter konspirerat för att blockera denna blandning, vilket ger sjön oväntade egenskaper — och överraskande konsekvenser.Kivu sträcker sig över gränsen mellan Rwanda och Demokratiska republiken Kongo och är en av en rad sjöar som kantar den östafrikanska Riftdalen där den afrikanska kontinenten långsamt dras isär av tektoniska styrkor. De resulterande spänningarna tunna jordskorpan och utlöser vulkanaktivitet och skapar varma källor under Kivu som matar varmt vatten, koldioxid och metan i sjöns bottenlager. Mikroorganismer använder en del av koldioxiden, såväl som organiskt material som sjunker uppifrån, för att skapa energi och producera ytterligare metan som en biprodukt. Kivus stora djup — mer än 1500 fot vid sin djupaste punkt-skapar så mycket tryck att dessa gaser förblir upplösta.

denna blandning av vatten och upplösta gaser är tätare än enbart vatten, vilket avskräcker det från att stiga. Det djupare vattnet är också saltare på grund av sediment som regnar ner från de övre lagren av sjön och från mineraler i de varma källorna, vilket ytterligare ökar densiteten. Resultatet, säger limnolog Sergei Katsev från University of Minnesota Duluth, är en sjö med flera distinkta lager vatten med kraftigt olika densiteter, med endast tunna övergångslager mellan.skikten kan separeras ungefär i två regioner: ett av mindre tätt ytvatten över ett djup av cirka 200 fot och under det en region med tätt saltvatten som i sig är ytterligare stratifierad, säger Alfred W. Det blandas i varje lager, men de interagerar inte med varandra. ”Tänk bara på hela vattenmassan som sitter där i tusentals år och gör ingenting”, säger w Bisexest, författare till en artikel från 2019 i den årliga översynen av fluidmekanik som kartlägger konvektion i olika sjöar i världen, inklusive konstiga avvikare som Lake Kivu.men Lake Kivu är mer än bara en vetenskaplig nyfikenhet. Dess ovanliga stratifiering och koldioxid och metan som fångats i dess djupare lager har forskare oroat sig för att det kan vara en katastrof som väntar på att hända.

Lurking danger

cirka 1400 miles nordväst om Kivu ackumuleras en kratersjö i Kamerun som kallas Lake Nyos på samma sätt och fångar stora mängder upplöst gas — i detta fall koldioxid — från en vulkanisk ventil i botten av sjön. Den 21 augusti 1986 demonstrerades den dödliga potentialen hos den gasreservoaren på ett spektakulärt sätt. Möjligen på grund av ett jordskred förflyttades plötsligt en stor mängd vatten, vilket fick den upplösta koldioxiden att snabbt blandas med övre lager av sjön och släppas ut i luften. Ett stort, dödligt moln av gasen kvävde cirka 1800 personer i närliggande byar.

händelser som detta kallas limniska utbrott, och forskare fruktar att Kivu kan vara mogen för en liknande, till och med dödligare händelse. Nyos är en relativt liten sjö, mäter lite mer än en mil lång, strax under en mil bred och mindre än 700 fot djup. Kivu är 55 miles lång, 30 miles över vid sin bredaste punkt och mer än dubbelt så djup som Nyos. På grund av sin storlek, Katsev säger, Kivu ”har potential för en stor, katastrofal limnic utbrott där många kubik miles av gas skulle släppas.”

cirka 14 000 människor bodde nära Nyos vid utbrottet; mer än 2 miljoner bor i närheten av sjön Kivu idag, inklusive ungefär 1 miljon invånare i staden Bukavu, i Demokratiska republiken Kongo. Om Kivu skulle uppleva ett limniskt utbrott, säger limnolog Sally MacIntyre från University of California, Santa Barbara, ” det skulle vara helt katastrofalt.”

detta är inte bara en teoretisk fråga. Forskare har funnit vad som kan vara bevis på minst ett tidigare limniskt utbrott vid Kivu som sannolikt inträffade mellan 3,500 och 5,000 år sedan, och eventuellt flera nyare. Sedimentkärnor tagna från botten av sjön har avslöjat funktioner som kallas bruna lager som skiljer sig från de omgivande sedimenten. Dessa sedimentband är” mycket ovanliga, organiska rika lager”, säger Katsev, som kan vara resultatet av utbrott.

limniska utbrott kan uppstå av två skäl. Om vattnet blir helt mättat med upplösta gaser, kommer ytterligare koldioxid eller metan som injiceras i sjön att tvingas bubbla ur lösningen, stiga upp och släppas ut i luften. Utsvämningar kan också orsakas när något tvingar det djupa vattnet med sina upplösta gaser att blandas med skikten ovan, vilket minskar trycket på gaserna och låter dem snabbt komma ur lösningen och fly, liknande effekten av att skaka en burk läsk och sedan öppna den.

medan en jordskred av skalan som misstänks i nyos-utbrottet kanske inte orsakar tillräckligt med blandning vid Kivu, på grund av sjöns storlek och djup, finns det flera andra möjliga utlösare. Kivu befinner sig i ett seismiskt aktivt område, så en jordbävning kan generera vågor i sjön som skulle blanda lagren tillräckligt för att släppa ut de fångade gaserna. Klimatet är också en potentiell skyldig. Minst ett tidigare utbrott som upptäckts i sedimentregistret verkar ha orsakats av torka som avdunstat tillräckligt med vatten från toppen av sjön för att minska trycket vid de lägre nivåerna och släppa ut de upplösta gaserna. Sänkta vattennivåer under torra perioder kan också göra Kivu mer utsatt för störningar från särskilt kraftiga regnhändelser. De kunde spola tillräckligt med uppbyggt sediment från dussintals strömmar som matar in i sjön för att få lagren att blanda, säger MacIntyre.

chanserna för en sådan händelseförlopp kan gå upp som planeten värmer, säger MacIntyre. Klimatförändringar kommer att ge mer regn till Östafrika, och ”det kommer att komma i form av mer extrema regnhändelser med större torkintervall däremellan.”

en annan möjlig utlösare är vulkanaktivitet under sjön eller från omgivande vulkaner, men forskare tror att risken för det är låg. En 2002 utbrott av närliggande Mount Nyiragongo tog inte in tillräckligt med material för att störa Kivus bottenlager. Och modelleringsstudier har visat att vulkanism under sjön inte heller skulle orsaka en tillräckligt stor störning, säger MacIntyre.

oavsett den skyldige skulle effekten vara densamma: ackumulerade gaser frigörs från sitt upplösta tillstånd, vilket skapar täta moln av koldioxid och metan som, som hände med koldioxiden vid Nyos, kunde förskjuta syre och kväva både människor och djur. Och om tillräckligt med metan släpps ut i luften vid Kivu finns det ytterligare risk för att det kan antändas.

Katsev säger att sjön övervakas regelbundet för tecken på upticks i gaskoncentration, så en plötslig uppvällning ”kommer inte att fånga oss överraskande.”Mer än ett dussin seismiska stationer mäter också aktiviteten nära sjön i realtid. Och 2001 började ett försök att minska risken för en annan katastrof vid Nyos genom att suga vatten från botten av sjön genom ett rör till ytan, där koldioxiden släpps ut i luften i en säker takt. Liknande insatser pågår på Kivu.

gruv djupet

När gaskoncentrationerna stiger i Kivus djup, så ökar risken. W bisexest och kollegor fann att från 1974 till 2004 ökade koncentrationen av koldioxid med 10 procent, men den större oro vid Kivu är metankoncentrationen, som steg 15 till 20 procent under samma period.

det kan dock finnas ett sätt att vända Kivus risk till belöning. Samma gas som kan bränna en dödlig naturkatastrof har potential som en förnybar energikälla för regionen. 2008 lanserade Rwanda ett pilotprogram som tog metan från sjön för att bränna som naturgas och förra året tecknade ett kontrakt för att exportera metan på flaska. Ett mycket större program, kallat KivuWatt, kom online 2015.

projekten pumpar vatten från de djupa lagren av sjön, och när trycket reduceras på det vattnet släpps gaserna ut. Metan extraheras för att användas som bränsle, och koldioxiden pumpas tillbaka ner till botten av sjön. ”De tar denna gas, skickar den via rörledning på land och bränner den som du skulle bränna fossila bränslen för att generera el”, säger Katsev.

denna skörd kan bidra till att minska risken för ackumulerad gas i sjön, men det kommer inte att eliminera den. Fortfarande, för en sjö med så mycket fara som lurar nedanför, hjälper allt. Och för regionen runt sjön kan det vara en viktig energikälla. När KivuWatt är helt online kommer de 100 megawatt kraft som produceras av det projektet ensam att göra en betydande skillnad för Rwanda, ett utvecklingsland som syftar till universell tillgång till El.