Centre for Arctic Gas Hydrate, Environment and Climate (CAGE)

Store mengder av klimagassen metan er lagret under havbunnen i Arktis som gasshydrat, en fast is-lignende blanding av metan og vann som er stabil under høye trykk og lave temperaturer. Metan er en kraftig drivhusgass med potensiale til å styre hvor raskt oppvarmingen av jorda skjer. CAGE har integrert tverrfaglig forskning på metan-reservoarer under havbunnen, forholdene på havbunnen, i vannsøylen og i atmosfæren. Vi har fokusert på økt forståelse av fortid og nåtid, og utviklet modeller for fremtidig utvikling. Våre vitenskapelig ansatte og studenter har siden CAGE startet produsert 465 fagfellevurderte vitenskapelige publikasjoner (62 av disse i Nature and Science tidsskrifter) og 33 bokbidrag, med bidrag fra 3502 forskere fra over 45 forskjellige land. Påvisning, kartlegging og avbildning av gasshydrat og frie gassreservoarer under havbunnen er utført med UiTs nasjonale infrastruktur P-kabel "Geosystem 3D Seismic Imaging". Gjennom videreutvikling av dette systemet til 4D-seismikk og integrasjon med bergartsfysikk og seismisk modellering, har vi dokumentert egnetheten av P-kabelsystemet for å påvise og overvåke gasslekkasjer fra sedimenter under havbunnen. Denne infrastrukturen har vært en viktig teknologi for forskning i CAGE og assosierte prosjekt, noe som har ført til flere publikasjoner i de mest anerkjente vitenskapelige tidsskrift. Havbunnsseismiske (OBS) data fra vest for Svalbard har gitt eksepsjonell informasjon om gasshydratreservoarers metning, fordeling og morfologi. Betydelige variasjoner i gasshydrat og fri gassmetning over forkastninger tyder på strukturell kontroll av fordelingen av gasshydrat og fri gass i dette området og indikerer tilstedeværelsen av gasshydrater i forkastninger og sprekker. Vi har benyttet havbunnsobservatorier til å foreta kontinuerlige, høyoppløselige måle-rekker av miljøendringer knyttet til metanutslipp, og til modell-kalibrering. Resultater viser at metanmengder i områder med omfattende metanlekkasje kan være styrt av lagdeling i vannet, og delvis av strøm, noe som begrenser lekkasje til atmosfæren. Vi har også påvist at metanlekkasje nesten halveres i løpet av kalde årstider, noe som er av stor betydning for oppskalering av måleresultater fra sommerhalvåret. Vi har etablert et «Ice-Cold Micro-Organism Laboratory (ICOM)» for å eksperimentere og få ny innsikt i hvordan mikroorganismer fungerer under ekstrem kulde og i metanmiljø, og hvilken rolle de har som biologisk filter for metanutslipp fra havbunnen. Vi har brukt karbonatbergarter dannet fra tidligere metanlekkasjer og mikrofossiler i sedimenter til å rekonstruere mengde og tidspunkt or tidligere metanutslipp, og hva som har kontrollert disse. Resultater fra vitenskapelige borehull nord for Svalbard plasserte den eldste kjente metanlekkasjen i Arktis til starten av de siste istidene for rundt 2,7 millioner år siden. Vi har utviklet numeriske simuleringer av det Eurasiske isdekkekomplekset for den siste issyklusen (siste 130 000 år) som, kombinert med empiriske data, har dokumentert isdekkers rolle i å generere storskala lekkasjer av gass og olje på arktiske kontinentalsokler. I noen områder har gass-utblåsninger dannet enorme berggrunns-kratre på havbunnen, noe som beviser at storskala, massive gassutslipp kan skje raskt. Med dagens globale oppvarming og raske nedsmelting av jordas isdekker (Grønland og Antarktis) kan brå tining av gasshydrater bli vanlig, noe som kan forsake tilsvarende storskala gassutblåsninger fra områder som blir isfri. Tilgang til skipstid for innsamling nye data fra Arktis har vært avgjørende for CAGE-forskningen. Vår beliggenhet rett utafor døra til Barentshavet og vår tilgang til UiTs isgående forskningsfartøy, Helmer Hanssen og Kronprins Haakon har vært essensielt. CAGE har siden 2013 ledet 69 vitenskapelige tokt og tilbrakt til sammen ~ 2,5 år til sjøs, og vi har kontinuerlig fokusert på å bruke toppmoderne teknologi i datainnsamling, for eksempel fjernstyrte undervannsfartøy (ROV), havbunnsobservatorier, høyoppløselig 3- og 4-D seismikk, droner og satellittbilder. Der intern teknologi ikke har vært tilgjengelig, har senteret hatt utstrakt bruk av nasjonal infrastruktur, inkludert ÆGIR 6000 ROV, Calypso prøvetaker og høy-ytelses datamaskiner. Vi har også benyttet toppmoderne infrastruktur fra internasjonale samarbeidende institusjoner. Store deler av CAGE-infrastruktur og forskning vil fortsette og videreutvikles i nytt SFF "Centre for ice, Cryosphere, Carbon and Climate – iC3", som er tildelt av NFR til Institutt for geovitenskap, UiT for 2023 – 2033. iC3 ledes av de to tidligere CAGE-forskerne Jemma Wadham og Monica Winsborrow. I tillegg vil flere andre forskningsprosjekter initiert av forskere ved senteret fortsette ved Institutt for geovitenskap, UiT.

An original aim for CAGE was to position UiT at the forefront of international Arctic geomarine research. In 2023, CAGE is recognized as an internationally leading research group on topics related to gas hydrate, climate, glaciations and linkages between past, present and future methane dynamics and geosphere-hydrosphere-atmosphere interactions. The expertise and infrastructure that has been developed by CAGE has directly resulted in the successful awarding of a new Centre of Excellence at UiT, iC3 (Centre for Ice, Cryosphere, Carbon and Climate). CAGE has made major impacts on Norwegian geosciences and industries, particularly across the three fields of high-resolution marine geophysics, seabed gas emissions and carbon-cryosphere-ocean interactions in the Arctic. 1) The 3D/4D seismic technology that we have developed at CAGE allows us to detect and monitor subsurface fluid migration at ~10 times the resolution of conventional seismic systems. This forefront P-Cable infrastructure is essential to support Norwegian offshore research and has allowed UiT to become a world leader in 3D seismology. Particularly, it has helped CAGE establish a new research field: 4D time-lapse seismic studies of natural geological processes. As government agencies and other stakeholders have realized the potential for further development at even higher resolutions, UiT is engaged in utilizing the technology for detailed subsurface geotechnical investigations and geohazard analysis within offshore wind farm projects towards renewable energy and the green energy transition. 2) CAGE has developed a toolbox for predicting the short and long-term variations of seafloor-emitted methane seepage to answer how much methane can potentially reach the atmosphere. This toolbox includes both empirical (acoustic profiling; K-lander technology) and newly developed numerical modelling techniques. The development of these technologies and expertise in methane emission dynamics has led to major funding initiatives co-led by CAGE researchers e.g., EMAN7 linked to the LoVe cabled observatory network offshore Lofoten, and NorEMSO (The Norwegian node for the European Multidisciplinary Seafloor and water column Observatory). 3) Past deglaciation events of the Arctic represent an important analogue for contemporary and future processes associated with cryospheric meltdown and polar climate amplification. Knowledge gained through the development of empirical and modelling investigations into these carbon-cryosphere-ocean interactions in the Arctic by CAGE (in collaboration with national institutions such as Norwegian Petroleum Directorate, NILU and the petroleum industry) has directly fed into (inter)national policy, public discourse, and national resource management. For example, new multi-million NOK infrastructure investments are being made at UiT including the establishment of a unique ‘ICOM’ laboratory to establish Arctic-tailored methods for reconstructing climate and ocean changes

English version The main hypothesis is that rising Arctic Ocean temperatures cause a destabilization of shallow Arctic methane hydrate reservoirs which in turn cause methane release leading to geohazards, ocean acidification and marine benthic responses a t unknown rates and response times. Conceptually, the Centre aims to be a key national contributor to Arctic geomarine science. Collaboration with international research teams (Russia, USA, Canada, Europe) with considerable efforts in Arctic shelf and slo pe environments are to be established through circum-Arctic affiliation programs. CAGE creates needed science and technology sectors and enhances the ability of research in Norwegian Arctic regions to prosper by facilitating active cooperation between hyd rocarbon companies, technology providers and prominent Arctic research groups. Norway is a polar nation with a major focus on Arctic energy, environment and climate. The Centre's overall objectives reflect this emphasis through both research and education . Based in Tromsø, at the world's northernmost University, the proposed Centre establishes the intellectual and infrastructure resources for studying the amount of methane hydrate and magnitude of methane release in Arctic Ocean environments on time scale s from the Neogene to the present. CAGE complements, in particular, teams from Russia in the field of permafrost gas hydrate and methane release. Gas hydrate, an ice-like substrate, consists mainly of light hydrocarbons (mostly methane) entrapped by a rigid cage of water molecules. Methane hydrate is formed in huge abundance in deep permafrost regions but little documentation exists regarding resource accumulations in shallow Arctic subsea areas and its evolution in time and space. Today's subseabed methane hydrate reservoirs remain elusive targets for both unconventional energy and as a natural methane emitter influencing ocean environments, ecosystems and climate. Norwegian version Senter for arktisk gasshydrat, miljø og klima (CAGE) er et senter for f remragende forskning (SFF) som har sin faglige forankring ved Institutt for geologi (IG), Fakultet for naturvitenskap og teknologi (NT-fak) ved Universitetet i Tromsø (UiT) og vil bli en markant spydspiss i norsk og internasjonal geoforskning. Senteret ha r særlig fokus på nordområdene og formidler kunnskap om et av de mest presserende temaene innen klimaforsking i dag: sammenhengen mellom en stigende havtemperatur og utslipp av metan. CAGE vil avdekke hvilken rolle de store metanhydratreservoarene i de arktiske havbunnområdene innebær for framtidens klima og havforsyningsutviklingen. Samtidig er disse metanhydratreservoarene også en stor ukonvensjonell energikilde som er viktig for industri, politikere og allmenheten. Med en internasjonalt tverrfaglig fo rskningsgruppe lokalisert i Tromsø, med lett tilgang til Arktis og en "state of the art" infrastruktur, vil CAGE bli en sentral bidragsyter innen arktisk gasshydrat-, miljø- og klimaforskning. Den vitenskapelige staben inkluderer forskere og studenter fra en rekke land i Europa, samt USA, Canada og Russland. Forskerne er rekruttert fra flere fagområder med forankring i geologi, geofysikk, geokjemi, klima, oseanografi og matematikk. Samarbeid på tvers av faggrenser muliggjør forskningsprosjekter som ellers ikke ville vært gjennomførbare. Senteret tilbyr fremragende forskningsmuligheter, og vil lede internasjonal virksomhet knyttet til forskning, utdanning og kunnskapsformidling som er viktig for nordområdene. Senterleder er prof. Jurgen Mienert. CAGE er et fremragende forskningssenter ved Universitetet i Tromsø, "The Gateway to the Arctic".