Gass er overalt!

Tirsdag 2.3.2021 disputerte Thomas Birchall for doktorgraden i geologi ved UNIS med avhandlingen «Pore Pressure Systems of the Northern Barents Shelf: Implications for Fluid Flow» (Poretrykk systemer i det nordlige Barentshavet med konsekvenser for væskestrømninger). Konklusjonen hans var ikke å tvile på - det finnes store mengder med gass over store deler av Svalbard.

Thomas’ arbeid tok utgangspunkt i blant annet boringer utført av Longyearbyen CO2 lab prosjektet ved den gamle nordlysstasjonen i Adventdalen. Det dypeste borehullet når nærmere 1 km ned. Under boringen ble det påtruffet et betydelig undertrykk i den dypere tredjedelen av borehullet, noe som betyr at berget «suger» opp vannet som blir tilføyd hullet. I en vanlig vannsøyle øker trykket jo dypere man kommer, vanligvis med ca. 10 bar per 100 m. På 800 meter dybde forventes derfor et hydrostatisk trykk på ca. 80 bar. I et av borehullene var trykket 30 bar – altså 50 bar under det som er «vanlig» trykk. Oppover i borehullet har vi derimot mer «normale» trykk.

Deler av Barentshavet med Svalbard og især Spitsbergen har bli hevet opp mot 2 til 3 kilometer de siste 2 til 3 millioner år, for oss geologer i går. I tillegg har vekten av isbreer trykket ned jordskorpa flere hundre meter, før deretter kommet opp som en kork når isbreene trekker seg tilbake. Står du ved gamle Nordlysstasjonen så har nær 3 km av fjell blitt fjernet, står du på toppen av Hjortfjellet (ca. 960 m over havet) er nær 2 km erodert.

Under dette oppløftet sprakk berget opp samtidig som væsken i berget kjølte ned. Naturgass i undergrunnen samles ofte i såkalte «feller», f.eks. i porøs sandstein som har et «lokk» av ikke-porøs leirstein. Gassen utvides betydelig under oppløft, og vil som følge strømme ut av sin felle gjennom sprekkene og opp til grunnere reservoarer – eller rett ut i atmosfæren. Vi ser at dette har skjedd flere ganger over geologisk tid – for eksempel ved å finne spor av olje og gass som har migrert ut av gamle feller.

CO2 boringer ved den gamle Nordlys stasjonen i Adventdalen påtraff gass (i hovedsak metan men også mindre mengder propan, butan og pentan) i to forskjellige geologiske nivåer. Gassen finnes både i skifre-holdige lag på rundt 650 meters dyp og i sandsteiner og siltsteiner rett under permafrosten. Begge gass forekomster kan i teorien brukes til å forsyne Longyearbyen og de øvrige bosetninger på Svalbard med kortreist energi som har en nær 50 % lavere CO2 avtrykk enn kull.

Skifergassen under Adventdalen trenger ikke en vanlig felle, da gassen fortsatt er bundet til skifre hvor den ble dannet av steingamle plante- og dyrerester. Disse gassførende skifre finnes ikke bare her ved byen vår, men så å si over hele den sørlige halvdelen av Spitsbergen. Gassen fra det dypere nivået er kjemisk lik over store deler av den sørlige halvdelen av Spitsbergen og faktisk også lik gassen fra Snøhvitfeltet nord for Hammerfest. Under petroleumsboring på Tromsøbreen på 1980-tallet ble det påtruffet gass i samme nivå eller dypere. Fordi disse skifrer på Svalbard er naturlig oppsprukket p.g.a. oppløftet trenges det heller ikke «fracking» for å frigjøre gassen. Forsiktige estimater basert på data fra CO2-prosjektet tilsier at Longyearbyen kunne bli fullforsynt med energi fra naturgassen med bare fem gassbrønner her i dalen. Dette alternativet burde man altså ha på blokken som alternativ for importert energi, nå eller i fremtiden. Med en testbrønn kunne man sannsynligvis skaffe sikre tall.

Den grunnere gassen ligger på rundt 100-150 meter dybde og er forseglet av permafrosten. Det har lenge vært kjent at det finnes gass under permafrosten på Svalbard, men det var først nå med Thomas’ arbeid at historiske og nye data ble satt i et regionalt perspektiv. Denne gassen er også en mulig lokal energikilde, noe som SNSK og (den gangen) Statoil undersøkte allerede på 1970 tallet rundt Bolterdalen. Det står fortsatt et borehull fra 1967 hvor gassen fra under permafrosten kan tappes. Spørsmålet er kun hvor mye gass det er.

Men det er også andre grunner enn energi som gjør det viktig å forstå hvor mye gass som er forseglet av permafrost. Når permafrosten tiner kan gassen slippes ut i atmosfæren, noe som vil bidra til global oppvarming. Det er også mulig at noe av gassen i og under permafrosten er i form av gasshydrater. Dette er en gass-vann-blanding som har fast form, kjent fra media som «snøballer» som brenner. Disse gasshydratene inneholder mer gass per volum enn gass i gassform, men samtidig utvider de seg mye mer når de oppvarmes og blir til vanlig gass.

Thomas har gjort en formidabel og viktig innsats for å belyse problemstillingene vi har oppdaget i.f.m. CO2 lab-projektet. Vi vet nå mer om undertrykk, både globalt og her på Svalbard og det nordlige Barentshavet, og særlig hvilke prosesser er med i å danne undertrykk. Thomas har også vist at gassen under permafrost er mye mer vanlig på Svalbard enn tidligere antatt. Denne gassen kan fungere som energikilde men burde også inkluderes i klimamodeller. I tillegg viste Thomas’ forskningen at det fortsatt finnes mange kunnskapshull – slik som all god forskning gjør. Men vi vet at gassen er (nesten) overalt på Svalbard!

Relevant lesestoff (kan også fås ved henvendelse til kims@unis.no):
Birchall, T. 2021: Pore Pressure Regimes of the Northern Barents Shelf – Implications for Fluid Flow. PhD dissertation. University of Oslo, 368p.

Birchall, T., Senger, K., Hornum, M. T., Olaussen, S. & Braathen, A. 2020: Underpressure in the northern Barents shelf: Causes and implications for hydrocarbon exploration. AAPG bulletin 104, 2267-2295.
https://pubs.geoscienceworld.org/aapgbull/article/104/11/2267/592056?casa_token=ILkt2l0WCKcAAAAA:UjnArl_zYj-T7z5nzBZ9bsqz7i-kHqPmCvXelq8hxRBTfFngfYCEToSKnVkka4KUax_-m5U

Ohm, S. E., Larsen, L., Olaussen, S., Senger, K., Birchall, T., Demchuk, T., Hodson, A., Johansen, I., Titlestad, G. O., Karlsen, D. A. & Braathen, A. 2019: Discovery of shale gas in organic rich Jurassic successions, Adventdalen, Central Spitsbergen, Norway. Norwegian Journal of Geology 99, 349-376.
https://njg.geologi.no/images/NJG_articles/NJG_Vol99_Nr2_Art8_Ohm_etal.pdf

Hodson, A. J., Nowak, A., Hornum, M. T., Senger, K., Redeker, K., Christiansen, H. H., Jessen, S., Betlem, P., Thornton, S. F. & Turchyn, A. V. 2020: Sub-permafrost methane seepage from open-system pingos in Svalbard. The Cryosphere 14, 3829-3842.
https://tc.copernicus.org/articles/14/3829/2020/tc-14-3829-2020.pdf