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Lago Kivu: Uma bomba relógio com o potencial de matar milhões de pessoas

          A cidade Africana de Goma, na República Democrática do Congo, é delimitada em termos de fronteira terrestre por uma das mais notáveis e perigosas anomalias sobre a Terra. O gigantesco Lago Kivu – apelidado de "Lago Assassino" – aprisiona em suas camadas mais profundas cerca de 300 quilômetros cúbicos de dióxido de carbono e 60 quilômetros cúbicos de metano dissolvidos, com essa mistura impregnada do tóxico gás sulfeto de hidrogênio. Só de dióxido de carbono temos cerca de 5% do total de emissão global anual de gases estufas. Esse cenário cria o potencial para uma letal explosão desses gases para a atmosfera, um raro fenômeno conhecido como erupção límnica. Tal explosão pode criar uma enorme área sufocante e tóxica ao redor do lago, ameaçando a vida de milhões de pessoas que ali habitam, e talvez protagonizando o pior desastre humanitário natural da história. 

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   LAGO KIVU

           O Lago Kivu, com uma área superficial de 2386 km2 e uma profundidade máxima de 485 metros, é situado na fronteira entre Ruanda e a República Democrática do Congo. Junto com dois outros grandes lagos Africanos Tanganica (!) e Malawi, o Lago Kivu é parte do Grande Vale do Rifte na África Oriental. Ao norte, o Lago Kivu faz fronteira com a cadeira vulcânica Virunga, enquanto que ao sul desemboca suas águas no Lago Tanganica através do rio Ruzizi. O Lago Kivu é alimentado por numerosos e pequenos fluxos superficiais de água e por fontes subaquáticas de água subterrânea, com essas últimas contribuindo com cerca de 45% do influxo total.

(!) Leitura recomendada: Hibridização parece ser essencialem eventos evolucionários de radiação adaptativa 

          As fontes subterrâneas entram no lago principalmente pela região norte de praia e podem ser divididas em duas categorias: duas fontes frias e frescas acima de uma profundidade de 260 metros e várias fontes quentes, salinas e ricas em dióxido de carbono (CO2) magmática. Isso resulta em duas principais consequências: uma camada estratificada de densidade muito estável devido ao gradiente de salinidade, o qual previne a mistura anual das águas superficiais com as águas mais profundas abaixo da profundidade de 50 a 60 metros, e o contínuo acúmulo de CO2 dissolvido durante escalas muito longas de tempo. Além do CO2, metano (CH4) biogênico está também presente nas águas mais profundas em grande quantidade devido à contínua e robusta decomposição de matéria orgânica no fundo do lago e redução química do CO2.

           As concentrações de gás no Lago Kivu foram primeiro registradas de forma compreensiva no ano de 1974, indicando um total em torno de 300 km3 de CO2 e 60 km3 de CH4 dissolvidos em camadas permanentemente estratificadas do lago (abaixo de ~60 metros), ambos os volumes de gás considerando uma temperatura de 0°C e pressão de 1 atm (1 km3 = 1 bilhão de metros cúbicos ou 1 trilhão de litros).  Os volumes de gases dissolvidos variam significativamente com a profundidade no lago e em águas profundas o tempo de residência desses gases é na ordem de 1000 anos. Dependendo da região do lago, o conteúdo total de CH4 pode variar de 41,5 até 62,2 km3. Não existe nenhum processo conhecido sob as condições presentes nas águas profundas do Lago Kivu para consumir CH4 e CO2 dissolvidos.

           Um estudo publicado em 2005 (Ref.3) sugeriu que as concentrações de CH4 tinham aumentado em 15% desde 1974, sugerindo que o lago poderia alcançar seu ponto de saturação ainda no século XXI, o que impõe um grave risco para as populações ao redor. Porém, um estudo publicado em 2020 (Ref.4), com o autor principal do último estudo (o cientista ambiental Martin Schmid) como co-autor, encontrou resultados que não corroboravam qualquer aumento significativo nos gases ali dissolvidos, sugerindo que o lago estava próximo de alcançar um estado de equilíbrio estável – ponto onde a taxa de eliminação dos gases em questão (CO2 e CH4) é igual à taxa de injeção desses gases. Porém, ainda existem incertezas, e nenhum estudo até o momento esclareceu conclusivamente o que está acontecendo com os níveis de gases no lago. 

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   ERUPÇÃO LÍMNICA

           Entender com precisão as dinâmicas de produção, dissolução e liberação dos gases CO2 e CH4 no Lago Kivu é essencial para se evitar uma potencial catástrofe. O acúmulo de gases para um ponto mesmo próximo da saturação ou distúrbios geológicos podem engatilhar uma poderosa e letal explosão de gases, similar a uma garrafa de champanhe sendo aberta, onde rápida despressurização leva à liberação de bolhas, que por sua vez culmina em um “processo avalanche” levando à liberação de boa parte dos gases ali dissolvidos – quando a pressão dos gases supera a pressão hidrostática. A nuvem de gases sufocantes gerada acaba inundando o ambiente ao redor, substituindo o ar respirável (rico em oxigênio molecular, O2). E eventos recentes do tipo já foram testemunhados na história recente, envolvendo lagos com dimensões mais modestas.

           Na noite do dia 21 de agosto de 1986, o Lago Nyos, no noroeste de Camarões, explodiu (erupção límnica) gerando um impacto físico que alguns habitantes na região confundiram com um teste de arma nuclear. Centenas de milhões de m3 de gás CO2 (mais denso do que o ar na superfície) inundaram as regiões de baixa altitude ao redor, sufocando até a morte mais de 1700 pessoas e 3500 animais de criação (Ref.5). Antes disso, em 1984, outro lago similar no país, o Lago Monoun, também entrou em erupção límnica, mas em menor escala, matando 37 pessoas (Ref.6). Ambos os lagos – profundidades de 210 metros (Nyos) e de 97 metros (Monoun) – ocupam a cratera de um aparentemente extinto vulcão. O termo ‘erupção líminica’ foi primeiro usado em uma Conferência da UNESCO (1987, Yaoundé, Camarão), fazendo referência justamente à tragédia que ocorreu no Lago Nyos no ano anterior.

           Após esses dois eventos, longos tubos de ventilação foram instalados nesses dois lagos a partir da década de 1990, para remover o excesso de gás dissolvido. Hoje, tanto o Lago Nyos quanto o Lago Monoun não mais representam perigo.

          Porém, o gigantesco Lago Kivu causa muito mais preocupação. É um lago geologicamente mais antigo do que o Lago Nyos, bem mais salino, com uma quantidade de gases dissolvidos 1000 vezes maior do que esse último, e o solo ao redor é rico em matéria orgânica, levando a uma superprodução extra de CH4 tanto no solo quanto ao longo da coluna de água (substratos em suspensão). Metano é muito menos solúvel na água do que CO2, tornando o CH4 dissolvido muito mais próximo de borbulhar. De fato, o CH4 está presente em tais quantidades no lago que sua pressão parcial é dominante entre outros gases ali presentes.


            Uma erupção límnica no Lago Kivu poderia causar com o impacto da explosão de gás ondas de tsunami precedendo a inundação de gases sufocantes, levando não somente à morte por asfixia dos habitantes locais – em torno de 2-4 milhões de pessoas na potencial zona de impacto – como também à destruição de boa parte da infraestrutura associada. E não é apenas sufocação a única preocupação nesse cenário. O lago é rico em sulfeto de hidrogênio (H2S), com esse gás podendo alcançar concentrações altamente tóxicas de 2000 ppm na nuvem sufocante. Exposição a concentrações de H2S acima de 100 ppm matam por intoxicação dentro de alguns minutos. Não existe mínima chance de escapar caso não existam acessórios adequados de proteção e suprimento de oxigênio ao alcance das mãos, e isso considerando algum tipo de alerta prévio.

          Por enquanto, o Lago Kivu está estável, e as concentrações de gases dissolvidos precisariam dobrar na região para se alcançar o ponto de saturação. Porém, um forte terremoto ou erupção vulcânica pode potencialmente engatilhar uma liberação massiva de gás ao perturbar a estrutura do lago, adicionar calor suficiente para causar borbulhamento dos gases ou ao aumentar subitamente as concentrações gasosas. Nesse último ponto, aumento nas atividades vulcânicas subterrâneas podem elevar dramaticamente os níveis de gases dissolvidos nas camadas mais profundas de água, via massiva liberação de CO2 a partir de uma fissura tectônica. E alguns pesquisadores estão preocupados para a possibilidade de que atividades humanas no lago representarem também um risco para o desastre.

> O mais forte potencial de gatilho para uma erupção límnica no Lago Kivu seria uma seca de longa duração, abaixando a área superficial e reduzindo a pressão hidrostática do lago. Esse cenário resultaria em uma erupção de total escala mesmo com a saturação ao redor de 50%, e acredita-se que uma erupção límnica aconteceu no lago há cerca de 4 mil anos por causa de uma forte e duradoura seca (Ref.7).

> Morte por asfixia com terrível sensação de sufocamento seria causada pelo dióxido de carbono, não pelo metano (este o qual, por si só, causaria apenas asfixia). Leitura recomendada: Sensação aguda de sufocamento é devido à redução de oxigênio no sangue? 

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   EXPLORAÇÃO COMERCIAL

          O Lago Kivu é provavelmente o maior sistema natural não-marinho de digestão de matéria orgânica para a produção de biogás (CH4). Os altos níveis de CH4 dissolvido são a principal preocupação no lago, e também atrai muito interesse econômico. Alguns especialistas sugerem que uma eficiente extração de 90% do CH4 do lago ao longo de 50 anos pode reduzir a probabilidade de uma erupção límnica em 90% nos primeiros 10 anos, e, ao mesmo tempo, pode garantir uma enorme fonte energética para usinas de queima de biogás. É estimado que o lago pode suprir de forma sustentável 100 MW de eletricidade por até 100 anos (Ref.8), o que pode ajudar Ruanda a alcançar seus planos de garantir acesso de energia elétrica para 100% da sua população até 2024.

           De fato, iniciativas privadas têm coletado CH4 em pequena escala no lago há décadas para produção energética. Esforços nesse sentido alcançaram uma escala significativa maior em 2016, com operações iniciadas pela companhia KivuWatt, pertencente à ContourGlobal com sede em Londres. Com um investimento de US$200 milhões, KivuWatt atualmente está produzindo 26 MegaWatts (MW) de energia elétrica, e possui um contrato para aumentar a produção para 100 MW.                 


            Na atual taxa de extração de metano, a KivuWatt irá remover menos do que 5% do total de metano dissolvido no lago em 25 anos, o que está longe de reduzir os riscos de uma erupção límnica. Outro projeto piloto (KP-1), planejado futuramente para gerar 56 MW e pertencente à companhia Ruandesa Shema Power Lake Kivu, tem também extraído metano do lago desde 2006, gerando atualmente 3,6 MW de energia elétrica.

           Tanto o KivuWatt quanto o KP-1 coletam água em regiões profundas do lago para reservatórios onde o gás CH4 pode ser removido e enviado para uma usina de energia. A água desgaseificada é então retornada para o lago. É nesse processo também onde moram preocupações de especialistas.

             A água desgaseificada ainda contém altos níveis de nutrientes e tóxico sulfeto de hidrogênio (H2S), e retorná-la para próximo da superfície poderia matar peixes e levar a prejudiciais proliferações de algas. Além disso, essa água-resíduo é mais salgada e carregada com CO2, tornando-a relativamente densa. Portanto, se liberada no lago em regiões muito rasas, a água desgaseificada afundaria, potencialmente perturbando o principal gradiente de densidade, 260 metros abaixo, que mantém as águas ricas em gases dissolvidos da zona de recurso aprisionadas. Não seria algo que necessariamente engatilharia uma erupção límnica, mas facilitaria a ocorrência de tal evento.

            Outro problema seria a redução da pressão nas camadas de extração ao longo do tempo, com as concentrações de gases sendo reduzidas a um ponto onde exploração comercial não seria mais possível, mas deixando ainda uma enorme e perigosa quantidade de gás dissolvido no lago. E não temos uma boa forma de remover esse gás a não ser como foi feito nos lagos Camaroneses, ou seja, ventilando via tubos o excesso de gás – algo que mandaria para a atmosfera enormes quantidades de CH4, um gás com potencial estufa dezenas de vezes maior do que o CO2 (!)

 (!) Leitura recomendada: Gases estufas, vapor de água e o GWP

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    CONCLUSÃO

          É incerto o real potencial de uma trágica erupção límnica no Lago Kivu, mas a possibilidade existe e o risco deve ser levado muito a sério. A vida de milhões de pessoas ao redor do lago pode estar sob iminente perigo, dependendo do azar para a ocorrência de algum evento natural ou mesmo antropogênico que engatilhe uma letal explosão de gás sufocante e tóxico. Caso bem planejados e implementados, projetos de exploração comercial do metano dissolvido no lago podem garantir o fornecimento de grande quantidade de energia elétrica a longo prazo – contribuindo para o desenvolvimento econômico e social em Ruanda e na República Democrática do Congo – e ajudar a reduzir o risco de uma erupção líminica. 

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OBSERVAÇÃO: Na Itália, o Lago Albano, localizado em Roma nas bordas do complexo vulcânico Colli Albani, também possui uma grande quantidade de dióxido de carbono dissolvido em camadas mais profundas – alimentado ocasionalmente por massivas atividades vulcânicas – , levantando preocupações quanto ao seu potencial de explosão. Porém, existe evidência de que tal risco inexiste, devido ao clima temperado da região. No inverno, águas superficiais se tornam frias o suficiente para permitir mistura em significativa extensão ao longo dos 160 metros de profundidade do lago, ajudando a liberar periodicamente o excesso de CO2 (Ref.9). 

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REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS

  1. https://www.nature.com/immersive/d41586-021-02523-5/index.html 
  2. Hirslund & Morkel (2020). Managing the dangers in Lake Kivu – How and why. Journal of African Earth Sciences, 161, 103672. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2019
  3. Schmid M, Halbwachs M, Wehrli B, Wüest A. Weak mixing in Lake Kivu: new insights indicate increasing risk of uncontrolled gas eruption. Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2005;6(7), Q07009.
  4. Bärenbold et al. (2020) No increasing risk of a limnic eruption at Lake Kivu: Intercomparison study reveals gas concentrations close to steady state. PLoS ONE 15(8): e0237836. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0237836
  5. Kling, G. W., Evans, W. C., Tanyileke, G., Kusakabe, M., Ohba, T., Yoshida, Y., & Hell, J. V. (2005). From The Cover: Degassing Lakes Nyos and Monoun: Defusing certain disaster. Proceedings of the National Academy of Sciences, 102(40), 14185–14190. https://doi.org/10.1073/pnas.0502274102
  6. Halbwachs et al. (2004). Degassing the “Killer Lakes” Nyos and Monoun, Cameroon. Eos, Transactions American Geophysical Union, 85(30), 281. https://doi.org/10.1029/2004eo300001
  7.  Finn Hirslund (2020). A single limnic eruption at the origin of today's large-scale density structure of Lake Kivu, Journal of African Earth Sciences, Volume 161, 103614, ISSN 1464-343X, https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2019.103614
  8. Bolson et al. (2021). Energy efficiency and sustainability assessment for methane harvesting from Lake Kivu. Energy, 225, 120215. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.1202
  9. Dmitry et al. (2021). New insights into the degassing dynamics of Lago Albano (Colli Albani volcano, Rome, Italy) during the last three decades (1989-2019). Italian Journal of Geosciences (2021) 140 (1): 29–41. https://doi.org/10.3301/IJG.2020.19