近日，《地球化學(xué)觀點快報》(Geochemical Perspectives Letters)以封面文章形式，報道了中國科學(xué)院海洋研究所的最新研究成果。科研人員基于自主研制的深海原位拉曼光譜探測系統(tǒng)，構(gòu)建了天然氣水合物上升時隨水深變化的演化模型，并通過深海原位實驗首次證實了天然氣水合物可攜帶冷泉氣體到達海表。
 

　　海洋中的天然氣水合物儲量豐富，所蘊含的天然氣資源總量大約相當(dāng)于傳統(tǒng)化石燃料碳總量的兩倍，是未來理想的清潔能源之一。天然氣水合物不穩(wěn)定。海平面變化、海底地震、滑坡、開采不當(dāng)?shù)染赡茉斐商烊粴馑衔锸Х€(wěn)分解。海底天然氣水合物攜帶甲烷氣體上升至海表甚至逸散到大氣中，同時由于甲烷具有較強的溫室效應(yīng)，會導(dǎo)致氣溫/氣候變化。近幾十年來，科學(xué)家針對天然氣水合物的性質(zhì)、穩(wěn)定性等開展實驗、預(yù)測與評估，但尚不清楚天然氣水合物發(fā)生失穩(wěn)在海洋中經(jīng)歷的上升過程，以及天然氣水合物攜帶冷泉中的甲烷氣體在海水中能夠到達的深度。
 

　　中國科學(xué)院海洋研究所張鑫團隊利用“科學(xué)”號科考船與“發(fā)現(xiàn)”號ROV，在南海海域的陵水、海馬和Site F冷泉區(qū)，利用活躍的冷泉噴口進行天然氣水合物上升分解原位實驗，并通過拉曼光譜探測系統(tǒng)實時監(jiān)測天然氣水合物上升過程中的相態(tài)變化。研究發(fā)現(xiàn)，水合物在海水中上升會經(jīng)歷三個階段的變化——形貌沒有變化但存在氣體逸出過程的亞穩(wěn)態(tài)階段、外圍水合物分解與內(nèi)部水合物生長共存的第二階段、內(nèi)部水合物完全分解的第三階段。
 

　　研究通過對原位實驗進行綜合研判發(fā)現(xiàn)，水合物膜的形成能夠增加甲烷氣體的生存能力，攜帶甲烷氣體到達較淺的深度甚至是大氣，這或是冷泉氣體影響淺層水體或者大氣環(huán)境的重要運輸方式之一。該研究細(xì)化了水合物分解過程與海水深度之間的關(guān)系，深化了對氣體水合物分解演化機制的理解，并為天然氣水合物上升分解過程提供了新見解。
 

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等的資助，并獲得“科學(xué)”號科考船、“發(fā)現(xiàn)”號ROV運維團隊的支持。
 

封面文章
 

全球冷泉噴口與天然氣水合物分布示意圖
 

拉曼原位實驗監(jiān)測可燃冰分解過程
 

氣體水合物上升過程中的相態(tài)變化與溫度變化