Limnisk utbrudd

Årsaker

For at et limnisk utbrudd skal oppstå, må innsjøen nesten mettes helt med en gass. I de to kjente tilfeller var hovedkomponenten CO₂. Denne CO₂-gassen kan oppstå ved at vulkansk gass slippes ut under vannet, eller fra nedbrytning av organisk materiale. Før en innsjø er mettet, opptrer det som en uåpnet kullsyreholdig drikk (brus): CO₂ blir oppløst i vannet. Både i sjøen og i brus løses CO₂ mye lettere opp når det er et høyere trykk. Dette er grunnen til at det bobler i en boks med brus når flasken åpnes, trykket faller og CO₂ frigjøres fra vannet. I innsjøer er trykket mye høyere på bunnen, jo dypere det er, jo høyere blir trykket nederst. Dette betyr at store mengder CO₂ kan bli oppløst i store, dype innsjøer. CO₂ løser seg også lettere opp i kjøligere vann, for eksempel i bunnen av en innsjø. En liten økning i temperaturen kan føre til utslipp av store mengder CO₂.
Når vannet er mettet med CO₂, er det i et kritisk og meget ustabil tilstand, og en utløser er alt som er nødvendig å sette igang et utbrudd. I utbruddet fra 1986 ved Lake Nyos, mistenker man at et undersjøisk skred var utløser, men vulkanutbrudd, jordskjelv eller uvær er andre mulige triggere. I samtlige tilfeller fører den utløsende hendelse noe av det mettede vannet høyere i innsjøen, hvor trykket ikke er tilstrekkelig til å holde CO₂ oppløst i vannet. Bobler vil da dannes og oppdriften vil danne en strøm som beveger disse vannmassene enda høyere i sjøen, og akselerere frigjøringen av CO₂. Dette vil utvikle seg til en søyle med gass der CO₂ trekkes opp fra dypet og avgis til luften i en voldsom kjedereaksjon. I fortrengelsen av vann kan det samtidig oppstå en tsunami.
Det er flere årsaker til denne typen utbrudd er svært sjeldne. Primært, det må være en kilde til CO₂, og regioner uten vulkansk aktivitet er utelukket fra denne typen utbrudd. Også tempererte innsjøer, som Nord-Amerikas store innsjøer, snur hver vår og høst, dvs. at sirkulasjonen sørger for at vann fra dypet jevnlig byttes ut slik at CO₂ som har bygget seg opp på bunnen av innsjøen bringes til høyere lag hvor den slippes ut i atmosfæren i mindre konsentrasjoner. En innsjø må også være ganske dyp for å ha nok trykk til å oppløse tilstrekkelig CO₂. Så bare dype, stabilt, tropisk, vulkanske innsjøer som Lake Nyos er disponerte til limniske utbrudd. For Kivusjøen er forskerne imidlertid bekymret for konsentrasjonene av metangass sammen med CO₂ og muligheten for et vulkanutbrudd.

Konsekvenser

Når et utbrudd oppstår, vil en stor CO₂-sky formes over innsjøen og spre seg til områdene rundt. Fordi CO₂ er tyngre enn luft, har den en tendens til å synke til bakken mens den presser puster luft oppover. Som resultat vil livsformer som trenger oksygen kveles når CO₂-skyen når dem fordi oksygenet er fortrengt. CO₂ kan forsure menneskelige kroppsvæsker og forårsake CO₂-forgiftning. Når ofrene gisper etter luft vil faktisk skade seg mer ved å puste inn CO₂-gass.
Ved Lake Nyos, rammet gass-skyen fra sjøen en nærliggende landsby hvor den angrep og drepte nesten alle. I dette utbruddet døde noen mennesker så langt som 25 km fra sjøen. En endring i hudfarge på noen organer ledet forskerne til å tro at gass-skyen også kan ha inneholdt en oppløst syre som hydrogenklorid, men at hypotesen er omstridt. Mange av ofrene ble funnet med blemmer på huden. Dette antas å ha blitt forårsaket av trykksår, noe som sannsynligvis ble forårsaket av lave nivåer av oksygen i blodet for dem som pustet inn gassen. Tusenvis av kveg og ville dyr ble også forgiftet, men ingen offisielle tellinger ble gjort. På den annen side, vegetasjonen i området var stort sett uberørt bortsett fra det som vokste like ved innsjøen. Der var vegetasjonen var skadet eller ødelagt av en 5-meter tsunami fra det voldsomme utbruddet.

En mulig løsning: Avgassing av innsjøer

Forskning har pågått i lenge for å utvikle en løsning for å fjerne gassen fra disse innsjøene og forhindre en oppbygging som kan føre til en katastrofe. Et team av franske forskere begynte å eksperimentere ved Lake Monoun og Lake Nyos i 1990 ved hjelp av heverter til å frigjøre CO₂ fra dypet av disse innsjøene på en kontrollert måte. Et rør ble plassert vertikalt i sjøen med sin øvre ende over vannflaten. Vann mettet med CO₂ går inn i bunnen av røret, og stiger til toppen. Det lavere trykket på overflaten gjør at gassen frigjøres. Det interessante er at man bare trenger å pumpe en liten mengde vann gjennom røret for å starte prosessen. Når mettet vannet stiger frigjøres CO₂ og former bobler. Den naturlige oppdrift av bobler trekker vannet opp røret i høy hastighet og forårsaker en stor fontene på overflaten. Dette vil igjen skape undertrykk i bunnen av røret og pumpe mer vann inn, dermed vil kjedereaksjonen bare fortsette. Dette er samme prosessen som leder til et naturlig utbrudd, men i dette tilfellet vil det begrenses av størrelsen på røret.
Hvert rør har begrenset pumpekapasitet og veldig mange rør ville være nødvendig for både Lake Monoun og Lake Nyos å sirkulere en betydelig del av det dype vannet og gjøre innsjøene trygge. Den dype vannet er litt surt på grunn av oppløst CO₂, som fører til korrosjon på rør og elektronikk, og nødvendiggjør løpende vedlikehold. Det er også frykt for at CO₂ fra rørene kan samle seg på overflaten av vannet som danner et tynt lag av kvelende luft og dermed forårsake problemer for dyrelivet.
I januar 2001 ble et enkelt rør installert i Lake Nyos. Et annet rør ble installert i Lake Monoun sent i 2002. Disse to rørene antas å være tilstrekkelig til å hindre en økning i CO₂ nivået, og fjerner omtrent samme mengde gass som det naturlige tilsiget. I januar 2003, fikk et 18-måneders prosjekt godkjennelse til fullstendig avgassing av Lake Monoun. Prosjektet ser imidlertid ut til å ha blitt kansellert.

Kivusjøen er farlig

Kivusjøen er ikke bare 2000 ganger større enn Lake Nyos – den er også plassert i et langt mer tettbefolket område, med over to millioner mennesker som lever langs kysten. Heldigvis har den ikke nådd et tilstrekkelig høyt nivå av CO₂ metning ennå. Hvis vannet skulle bli tungt mettet, kunne det bli en enda større risiko for mennesker og dyreliv, og innsjøen ligger svært nær en potensiell utløser, Nyiragongo, en aktiv vulkan som hadde utbrudd i januar 2002. Den er også plassert i en aktiv jordskjelv sone og i nærheten av andre aktive vulkaner.
Dersom vannet skulle avgasses på samme måte som Lake Monoun og Lake Nyos, ville størrelsen på innsjøen og volumet av gass involvert en slik operasjon gjøre dette til en gigantisk operasjon, både teknisk og økonomisk. Det foreligger derfor ikke konkrete planer om tiltak for Kivusjøen.