生活在非洲基伍湖畔,每天都意味着冒着生命危险。湖泊深水中不同的层里溶解着大量的甲烷、二氧化碳和硫化氢气体。科学家警告说,火山爆发或地震等干扰可能会导致湖水及其所含气体的重新分布。这种被称为“翻覆”的混合,可能会释放出一种看不见的、令人窒息的化合物云——一种被称为“湖泊喷发”的罕见事件——可能导致附近多达两百万人死亡。如今,科学家们希望能利用这些气体作为廉价能源,而不是简单地坐等灾难发生。
基伍湖位于卢旺达和刚果民主共和国的边界,是非洲最大的湖泊之一。它覆盖面积1040平方英里,深度近1600英尺。该地区火山活动尤其活跃,岩浆和地下水将气体和矿物质注入湖中。
二氧化碳在高压、低温的水中溶解最佳,就像湖底的水一样——二氧化碳会使水更稠密,所以它会停留在最深层。溶解的甲烷、硫化氢和矿物质也会增加水的密度。有机物,如死亡的植物和鱼,在湖底分解,产生更多的甲烷。因此,湖底充满了加压的水和气体的溶液层——很像一瓶苏打水——而上层密度较低的水则像一个盖子。
随着时间的推移,湖最深处的水中积累了约60立方英里的二氧化碳和约14立方英里的甲烷。由于这些气体大部分被困在底部,湖泊的深邃之处就成了一个定时炸弹。
请勿打扰
湖泊的扰动可能产生与打开苏打水瓶盖或拔出香槟酒瓶塞时相同的爆炸效果——液体和气体冒泡溢出。在湖泊中,突然释放的原因可能是地震或热熔岩的浸入扰乱了湖水层。大量的气体将冒泡上升,就像在瓶子里一样,湖中的物质会涌上来并溢出。
该湖位于东非大裂谷,非洲正在分裂,两个构造板块正在相互分离,这使得它成为地震热点地区。今年早些时候,发生了两次严重的地震,共造成40人死亡。
过去,基伍湖也发生过火山事件。2002年1月17日,尼拉贡戈火山(一座距离湖泊约11英里的火山)的熔岩流烧毁了戈马湖滨城市,迫使30万至40万人逃离,并摧毁了附近几个地区。当熔岩接触到水时,产生了巨大的蒸汽云,一些科学家担心会导致致命的翻覆。幸运的是,熔岩只沉入了湖中约300英尺——不足以释放出有毒的二氧化碳和甲烷云。
如果熔岩沉入1000英尺的深度,可能会引发一场像1986年喀麦隆尼亚莫斯湖那样的灾难。在短短几个小时内,尼亚莫斯湖释放出的二氧化碳足以杀死1700人,范围远至湖边15英里,使他们窒息在浓密的二氧化碳云中。事件可能由一次山体滑坡引发,但确切原因尚不清楚。而尼亚莫斯湖并非第一起此类灾难。1984年,同样在喀麦隆的莫努恩湖发生翻覆,造成37人死亡。
从基伍湖底部的沉积物和岩石上的沉积物中提取的样本显示,在过去5000年里,类似这样的翻覆事件确实发生过——一些科学家认为,除非采取行动,否则在未来一个世纪内可能会再次发生。
将气体注入机器
在喀麦隆,解决方案是安装水泵,逐渐将尼亚莫斯湖和莫努恩湖底部的气体抽上来,并在水面释放。研究人员现在意识到,类似的方法可以将基伍湖中的甲烷气体抽到陆地上的发电厂。湖中蕴藏的气体足以在该地区提供多年廉价、清洁的电力。一个初步项目现已投入运行,共享该湖的两个国家的政府希望最早在2020年就能生产大量电力。卢旺达官员估计,基伍湖的电力供应可以满足该国几乎所有地区40多年的需求,还有一些剩余的可以供给刚果。
两国已起草协议,将基伍湖的甲烷用于发电,世界银行和丹麦咨询公司COWI等承包商在内的许多投资者正在努力推进该项目。
从技术角度来看,这个过程应该很简单。当地一家啤酒厂多年来一直利用湖底的甲烷生产能源,这证明了该气体可以从湖底提取并用于为该地区的企业和家庭供电。在2004年关闭之前的18年里,该啤酒厂几乎完全依靠湖泊气体产生的电力。
原则上,只需要将一根足够深的管道插入湖底,然后将最底层的水泵上来。随着水的上升,压力下降,它会释放出甲烷、二氧化碳和其他气体的气泡。气泡会增加水的浮力,迫使水向上并从管道中排出,产生一个真空,将更多的底部水抽出;最终,水泵将不再需要。然后,甲烷可以从二氧化碳和硫化氢中分离出来,送到发电厂,在那里燃烧为涡轮机提供能源。
然而,复杂之处在于,湖中的二氧化碳没有用,而在此过程中释放的温室气体将加剧全球变暖。参与者说,这是为了避免一场致命灾难而必须付出的代价。COWI公司高级工程师Finn Hirslund说:“如果我们不采取任何措施,就会发生喷发。问题是如何以正确的方式避免这种情况。”目前,计划是将二氧化碳泵回湖水上层,然后缓慢地向空气中消散。
无底水箱
科学家和工程师估计,基伍湖中约有10立方英里的甲烷可供开采,他们预计将来会在湖泊最深处从多个地点建立设施来抽取气体。
卢旺达和刚果政府希望到2020年,湖泊的甲烷能提供400兆瓦的电力,由两国平均分配。据一家参与该项目的公司称,由此产生的电力成本将是卢旺达当前电力成本的四分之一。
与此同时,随着有机物沉入基伍湖底并分解,每年将继续产生约32亿立方英尺的甲烷。但该湖可能不会威胁到其家园居民的生命,反而可能成为该地区谋生的一种方式。
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非洲其他杀人湖
研究人员知道世界上有三个湖泊具有能够捕捉和释放致命数量气体的地质构造。这三个湖都在非洲,在过去的25年里,其中两个湖已经证明了它们有多危险。20世纪80年代尼亚莫斯湖和莫努恩湖的灾难是科学家们首次了解到这种现象的可能性。这两个湖都已经安装了水泵,用于抽取湖底的气体。
尼亚莫斯湖位于喀麦隆西北部。在湖水之下,有一个火山岩浆囊,其中释放出二氧化碳并溶解在湖水中。1986年8月21日,某物——最可能是山体滑坡,但也可能是地震或雷暴——引发了湖泊释放出大量二氧化碳。气体扩散到湖边15英里远的地方,形成了一片浓密的、令人窒息的云。一些人设法逃脱,但1746人死亡,数千只动物因缺氧而死亡。根据科学家的建议,
2001年,该湖安装了一个抽水系统。
莫努恩湖位于喀麦隆尼亚莫斯湖附近。1984年8月15日晚,湖边居民听到一声奇怪的巨响。声音来自湖泊,湖泊释放出一团二氧化碳,扩散并使37人窒息,其中包括一辆卡车里的10人(据报道,卡车顶部,二氧化碳云之上坐着的人,幸存了下来)。触发扰动的因素仍不清楚。2003年安装了水泵以避免灾难重演。