北极斯瓦尔巴特群岛及邻区天然气水合物分解对气候、海洋环境和生物的影响

天然气水合物是一种潜在的巨量能源,但其分解释放的甲烷可能对全球气候与海洋环境产生巨大影响。然而,人们目前对天然气水合物分解产生的环境和生物效应的了解还不够全面。北极地区的斯瓦尔巴特群岛及邻区的海底和冻土层中蕴含大量甲烷,对气候变化十分敏感,是人们研究天然气水合物对气候变化的响应机制和其分解对生态环境影响的绝佳场所。系统总结了斯瓦尔巴特群岛及邻区水合物分解的气候与环境效应,发现目前研究区水合物分解产生的甲烷进入大气的年际通量不大,对全球气候的影响可能有限;水合物分解对海底滑坡起到催化剂的作用,但不是首要因素;海底水合物分解释放的甲烷能打破原有的化学平衡、生产力分布规律与输送机制、生物耦合关系甚至不同栖息地间的连通性,进而影响底栖生物群落。这些认识对研究天然气水合物开采对生态环境可能造成的影响和采取相应防治措施具有一定的借鉴意义。     

天然气水合物分解的甲烷对海洋生物的影响

随着海底环境的变化以及全球变暖的加剧,天然气水合物分解释放出大量甲烷到海洋中,其中一部分甲烷会穿过海水释放到大气中,导致大气中的温室气体增加,从而加剧了全球暖化。本文从甲烷的释放和运移路径角度梳理和总结了甲烷对海洋生物的直接和间接影响。首先,水合物分解释放甲烷,在海底形成冷泉渗漏区,滋养了一批特殊的生物群落,而甲烷是其形成生命元素中不可或缺的要素,由此繁衍形成了冷泉生态系统。其次,甲烷释放到海水中会引起海水酸化,海水酸化不仅会导致钙化生物合成碳酸钙外壳受阻,还会加速已生成外壳的溶解。最后,甲烷作为强温室气体释放到大气中还会加剧全球变暖;此外,极地冻土层的融化也会使得冻土区天然气水合物分解,导致大量甲烷进入大气中,从而致使海水暖化,海水的暖化又会对海洋生物的生存、代谢、繁殖、发育和免疫应答等多种生命活动造成影响。以上认识为进一步研究甲烷对未来海洋生态系统的影响提供重要参考信息。     

天然气水合物气候效应研究进展

天然气水合物富含温室气体甲烷,且资源量巨大,对气候变化又十分敏感,在全球变暖的背景下其气候效应倍受关注,近年来的研究工作又取得了一些新进展.首先,天然气水合物资源量的估算进一步精确,海洋中天然气水合物资源量的最新估算值仅为原先的1/5,从根本上限制了其气候效应的显著性;其次,大气中来自天然气水合物的甲烷通量被重新评估,...     

天然气水合物研究现状与未来挑战

人类在21世纪后期面临着油气资源枯渴,寻求洁净高效的新能源成为科学界追求的目标。为此,近三十年来,世界各国相继投入了大量的资金和人力开展新能源研究。目前,人们在一种重要的新能源---气水合物的基础研究、地质调查、勘探开发等领域取得了较大的进展;但尚存在许多急待解决的重大理论问题,如天然气水合物形成与分解的动力学过程和地质条件,气水合物资源量计算办法,经济型天然气水合物开采、开发模式,气水合物对全球气候的影响等。天然气水合物作为化石燃料,具有巨大潜力;作为甲烷碳库,是海底地质灾害的诱因;作为温室气体,对全球气候变化有着重要的影响作用。天然气水合物研究未来面临挑战。     

天然气水合物的环境效应

天然气水合物是近些年来发现的一种新型超级洁：争能源，因其在能源勘探、海底灾害环境和全球气候变化研究中的重要性而日益引起世界各国的高度重视。本文综述了天然气水合物在形成、分解过程中的加剧全球气候变暖、海底灾害和影响海洋生物等环境效应；指出将地质历吏时期的重大事件与天然气水合物产生的这些环境效应结合将成为今后的主要研究方向。     

天然气水合物的特征及环境意义

天然气水合物是由甲烷等气体和水分子组成的类冰状的固态物质,主要分布在极地永冻层和外大陆架边缘的海洋沉积物中,赋存在天然气水合物中的碳约为１０＾１３吨,相当于全球其他化石燃料中碳含量的两倍,由于天然气水合物处于亚稳定状态。因此天然气水合物既可作为２１世纪潜在能源资源,又可以非稳定状态导致海底滑塌和滑坡等地质灾害,并可通过释放甲烷影响全球气候。     

天然气水合物分解及其生态环境效应研究进展

了解大陆／大洋边缘地区天然气水合物形成与分解及其在海底沉积物、水体及海底化学自氧生物群落中的一系列物理、化学及生物作用有助于我们在全球和区域尺度上探讨天然气水合物分解对气候变化的影响;天然气水合物在碳循环中的作用和大陆边缘流体活动与物质交换机制等问题。从水合物分解与全球变暖、贫／缺氧甲烷氧化作用、自生矿物沉淀、化学自养生物群落等方面综述了水合物的环境生态效应研究进展。天然气水合物的形成／分解及 其对海洋乃至全球环境生态变化的影响,深刻地反映了地球上岩石圈、水圈、大气圈和生物圈之间相互联系与相互作用,生物,特别是微生物对全球CH 4的平衡和自生矿物沉淀至关重要。     

海洋中溶解甲烷的原位检测技术研究进展

海水中溶解甲烷气体不但对全球变暖和海洋环境变化有着重要影响,而且也是发现渗漏型天然气水合物赋存区的依据之一,海水溶解甲烷原位监测的新技术和新方法是获取海水甲烷通量变化过程的主要手段。原位甲烷传感器具有原位、实时、便于多时空尺度定量观测等特点,在海洋环境变化和全球气候变化研究,以及海底资源开发利用中具有广泛的应用前景。介...     

地质历史时期天然气水合物分解释放的地质地球化学证据

巨量天然气水合物广泛赋存于大陆坡海底和高纬度永久冻土带沉积物中,是重要的环境影响因素。有些地质历史时期发生的重大地质灾变可能是由天然气水合物分解释放甲烷引起的。持续时间短暂且显著的全球性海相和陆相碳同位素的负漂移、甲烷起源的极负碳酸盐岩碳同位素值(特别是δ¹³C<-40‰)、碳酸盐岩溶解、指示甲烷浓度异常的生物标志化合物、生物成因重晶石富集、类似冷泉碳酸盐岩发育的特殊沉积组构、海底垮塌及碳酸盐结晶扇(如文石)等是支持天然气水合物分解“假说”的主要证据。但这些证据还存在一定的局限性,该“假说”仍然存在较大的争论,因此需要进一步深入研究。     

中国地质源温室气体释放近十年研究概述

地质源温室气体是指固体地球通过各种地质作用向大气圈释放的温室气体,是固体地球与大气之间物质交换(地气交换)的重要形式,主要包括火山喷发和地热活动、断裂带构造运动、油气渗漏、天然气水合物分解、煤自燃、碳酸盐岩风化等多种地质作用过程所释放的二氧化碳、甲烷等气体.实际上,地气交换是重要的地质作用,是地球各圈层物质循环和能量交换的基本载体和重要动力学机制.全球气候变化和温室效应是人类面临的巨大挑战,地质源温室气体的类型与来源、释放机理与过程、释放通量与大气温室效应等的调查和研究已成为当今地球系统科学的研究热点和发展方向之一,对于应对全球变化和温室效应具有重要的科学意义.中国科学家积极参与和适时开展地质源温室气体调查研究,对中国大陆部分火山和地热区、地震断裂带、含油气区和泥火山等释放的温室气体进行了初步观测与调查,在地质源温室气体的地球化学组成、释放通量等方面取得了一些成果,这些工作为进一步的深入研究奠定了良好基础.     

21世纪能源与环境的前沿问题——天然气水合物

天然气水合物资源极为丰富。据国外专家估算，水合物中的天然气总资源超过了包括煤炭、石油与常规天然气在内的所有已知可燃矿产的储量。天然气水合物层是油气聚集的极好盖层，可以作为勘探油气藏的标志。天然气水合物还是影响全球气候变化的重要温室气体之一的甲烷的重要源和汇。因此，进行天然气水合物研究对开拓２１世纪能源、完善油气成藏理论、解决天然气工业生产和输送过程的管进堵塞问题，以及探讨其与全球气候变化的关系问题均有重大意义。目前应开展的研究内容与重点课题包括：天然气水合物的成因机制与油气成藏演化规律；分布规律及有利蕴藏地区；物化特性及其生成与消除的方法；天然气水合物与全球气候变化的关系等。     

天然气水合物与全球变化研究

天然气水合物含碳量超过全球所有其他来源有机碳的总和,是地圈浅部的极重要碳库。自然界中温压条件的微小变化都会引起天然气水合物的形成或分解,从而吸收或释放甲烷,对全球碳循环和温室效应产生重要影响。天然气水合物对全球气候变化、冰期和间冰期的交替的反馈在极地和中低纬度不同,在中低纬度
也有两种相反的过程,因而对其总效应的方向和强度尚需详细研究和估计。我国许多海区有天然气水合物存在的条件,在南海已有报道;可通过地震剖面的重新判读及数值模拟估计天然气水合物的储藏量和它对海平面变化的反馈,以提供边缘海这类研究的范例。     

不同类型天然气水合物真空分解过程实验研究

在放置于恒温室内的真空装置内,对合成的冰粉-气体水合物(包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷-氮气、异丁烷、混合气水合物)、冰粉-不同粒度多孔介质甲烷水合物和祁连山冻土区及南海神狐海域天然气水合物进行了分解实验研究,初步探讨了不同气体水合物分解动力学特征和分解规律。实验结果表明,合成的冰粉-气体水合物的分解过程相似,除丙烷水合物和异丁烷水合物外,分解压力基本呈单调增长,均未出现明显的自保护效应;不同粒度多孔介质中甲烷水合物分解过程,压力增长呈现“快→慢→快”的特点,主要原因可能是多孔介质中的水合物尺寸较大,分解时更易产生自保护效应;祁连山冻土区天然气水合物的分解压力曲线与不同粒度多孔介质中甲烷水合物的相似,总体呈现“快→慢→快”的特点,水合物自保护效应明显;南海神狐海域天然气水合物分解气体压力变化虽然总体与祁连山冻土区天然气水合物压力增长过程相似,但同时呈现“阶梯状”增长,这可能与两种不同水合物岩心的岩性和水合物在岩心中的分布模式和赋存状态有关。     

本期文章导读

正111盐类对甲烷水合物稳定性影响研究进展作者:刘唯一,陈勇*,王淼,张韩静海底天然气水合物资源量巨大,成为解决全球能源危机的重要清洁能源。2017年5月我国首次实现海域天然气水合物试采成功,在开采过程中,水合物的稳定性影响着海底地质环境的稳定和全球气候的变化。     

天然气水合物研究中的几个重要问题

综述了当前关于天然气水合物研究中的几个重要问题，提出了今后的主要研究方向，全球大约有10^19g碳以天然气水合物的形式储存在沉积物中，大约是其它所有化石燃料沉积物形式储存量的2倍多，因此，天然气水合物被认为是21世纪具有商业开发无景的潜在的战略资源，天然气水合物是一种亚稳态物质，极易受到温度和压力条件的影响，海底天然气水合物的分解将会影响沉积物的物理化学性质（如剪切强度和流变性等），地球物理性质（如地震波速和电导性），以及地球化学性质（如孔隙流体成分）的明显变化，导致诸如海底滑塌等地质灾害的发生，天然气水合物的分解会产生导致“温室效应”的甲烷气体，该气体进入大气圈中会引起全球气候和环境的变化。     

南海北部天然气水合物远景区末次冰期以来底栖有孔虫稳定同位素特征及其影响因素

底栖有孔虫碳同位素负偏移是地质记录中天然气水合物释放的重要证据之一.对南海北部西沙海槽和东沙陆坡等天然气水合物远景区XH-27PC和DS-4PC柱状样分别进行顶空气甲烷含量分析、有机碳含量分析、粒度分析和有孔虫氧碳同位素分析.结合碳酸盐含量及AMS 14C测年,揭示研究区末次冰期以来底栖有孔虫的稳定同位素特征.结果显示:西沙海槽BSR区沉积物中甲烷含量较低;底栖有孔虫碳同位素负偏不明显,与顶空气甲烷含量呈弱正相关(R=0.32),与有机碳含量有强负相关(R=-0.82),说明低通量甲烷不足以引起底栖有孔虫碳同位素显著偏移,在无甲烷或甲烷轻微渗漏的环境中有机碳的厌氧氧化是影响底栖有孔虫碳同位素组成的主要因素.东沙陆坡BSR区沉积物中含有大量的甲烷气体;底栖有孔虫氧同位素记录在末次冰期异常偏重,可能与天然气水合物的分解释放有关;同时可识别出多期碳同位素快速负偏事件,其成因很可能是末次冰期海平面下降导致海底沉积物的温度、压力条件发生变化,从而引发水合物甲烷失稳分解,底栖有孔虫吸收富12C的甲烷源碳致使壳体碳同位素负偏移.     

天然气水合物研究现状及我国对策160次学术讨论会观点摘要

天然气水合物(gas hydrates)是一种由气体和水形成的冰状白色固态晶体,常在一种特定的高压低温条件下形成并稳定存在,广泛发育在浅海底层沉积物和深海大陆斜坡沉积地层以及极地地区的永久冻土层中.现有研究表明,天然气水合物是一种未来的优质、洁净能源,其蕴藏量约是现有地球化石燃料(石油、天然气和煤)总碳量的2倍;它作为温室气体甲烷的最大载体,又可能是影响全球气候变化和引发海底地质灾害的重要因素.     

天然气水合物地质前景

天然气水合物广泛存在于极地地区,通常与冻土带的近海和深海以及陆架和岛屿边缘密切相关。天然气水合物具有三个方面的研究意义;作为化石燃料具有很大的资源力;作为临界状态物质,具有水下地质灾害的潜在灾害;作为有机碳库,对全球气候变化产生重要影响。气体水合物赋存于地表浅层２０００米深度。由于气体水合物的不稳定性特征,温度和压力微小变化都将会造成水合物分解,发生地质灾害,如海底滑塌、滑坡,此类灾害在民办各地曾     

水合甲烷与全球变化

甲烷水合物是地球表层（〈２ｋｍ）最重要的碳库，其ＣＨ４含量很可能超过１０＾１６ｋｇ。暴露大陆架的海侵加热及深部压力中能使海相沉积物中的甲烷水合物失稳分解；而冰悼生长，使其下的水合的稳定带扩展。水合物对地表扰协的敏感性，稳定和失稳时间尺度的不对称性和水合物巨大碳量表明，甲烷水合物可能在调节冰期，间冰期大气成分中扮演重要角色。北极沿海多年冻土变暖和甲烷释放可能早已开始，但目前和下一世纪的排放量可能不大     

新仙女木末期南海北部天然气水合物分解事件

深海天然气水合物分解与全球变暖密切相关.南海北部是重要的天然气水合物蕴藏区,ZHS-176、ZHS-174、17940和MD2905孔CaCO₃含量记录均表明,11.3~8.0 ka B.P.神狐海域存在一次典型的“低钙事件”(CM),该事件具有“快速降低、缓慢升高”不对称的变化结构,CaCO₃含量降幅高达9%.“低钙事件”期间,底栖有孔虫Cibicidoides wuellerstorfi和Cibicidoides kullenbergi壳体δ13C分别负偏了1.4 ‰和0.7 ‰,海底有机碳的堆积速率(MAR)也突然升高了1倍.综合分析表明,新仙女木末期南海北部天然气水合物很可能发生了一次较大规模的快速分解,大量甲烷气体从天然气水合物中逸散,氧化后使底层海水快速酸化,从而导致了神狐海域碳酸盐的溶解.底层水团温度上升很可能是神狐海域天然气水合物分解的主要触发因素.