温度对甲烷渗漏背景下自生矿物形成影响的实验

<正>海底冷泉是指来自海底沉积地层的气体以喷涌或渗漏的方式注入海洋中的一种海洋地质现象[1]。冷泉沉积物一般由碳酸盐和硫化物组成,这些自生矿物一方面将渗漏甲烷和海水中的硫转化并固定在海底沉积物中,显著地调控着全球甲烷收支平衡;另一方面,几乎所有的天然气水合物产地均发现有自生碳酸盐和硫化物的存在。因此,自生碳酸盐和硫化物对下伏天然气水合物具有指示作用,是天然气水合物赋存的地球化学找矿标志和含甲烷冷泉流体渗漏的地球化学标志[2]。自生碳酸盐和硫化物的形成与甲烷     

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。     

天然气水合物与全球气候变化

天然气水合物作为21世纪的重要能源已受到广泛认可和高度关注。与此同时,作为一个重要的气候致变因素,在地质历史时期中天然气水合物在自然条件下的突然分解释放甲烷气体可能造成全球气候变暖、地质灾害和生物灭绝等负面影响仍不容忽视。本文通过分析天然气水合物的稳定性与分解释放甲烷气体、天然气水合物对气候的反馈机制以及天然气水合物的分解在地质历史时期中对全球气候变化的可能影响,如新元古代“雪球”地球的终结、古新世一始新世极热事件和第四纪冰期后气候快速变暖等,对天然气水合物在全球气候变化过程中的作用进行了探讨。     

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。     

现代暖期气候变暖对南海北部陆坡天然气水合物分解潜在影响

现代暖期(Current Warm Period,CWP,1850—至今)以来全球气温升高,南海北部陆坡底层海水温度升高、海平面上升影响海底天然气水合物稳定性。为探究现代暖期气候变暖对南海北部陆坡水合物分解影响,本文模拟计算了东沙海域、神狐海域、西沙海域、琼东南海域水合物赋存水深最浅处水合物的饱和度在1 000年内变化情况,评估了受现代暖期气候变暖影响水合物赋存水深范围,讨论了水合物分解量及其对环境影响。结果发现:(1)受现代暖期气候变暖影响,东沙海域、西沙海域、琼东南海域水合物分解,神狐海域水合物不分解;当东沙海域、西沙海域、琼东南海域水深分别超过665、770、725 m,水合物不分解;(2)现代暖期自始以来,南海北部陆坡水合物分解量为9.36×10⁷~3.83×10⁸ m³,产生的甲烷量为1.54×10¹⁰~6.28×10¹⁰ m³;(3)受现代暖期气候变暖影响,南海北部陆坡每年水合物分解量为5.5×10⁵~2.25×10⁶ m³,产生的甲烷量为9.02×10⁷~3.69×10⁸ m³,这些甲烷中3.61×10⁵~1.48×10⁶ m³能够进入大气,对温室效应贡献度为每年我国人类生活的0.01%~0.06%;与此同时,1.77×10⁷~7.23×10⁷ m³甲烷可能会在海水中被氧化形成弱酸,加重南海北部陆坡海水酸化。     

冷泉自生碳酸盐岩的沉积结构对冷泉活动示踪的初步研究

<正>冷泉是一种富烃类(主要为甲烷)的低温流体,至今仍活跃在世界范围内大陆边缘陆架区和陆坡区的海底[1]。冷泉持续地将沉积物深部的甲烷带至浅部,在合适的低温高压条件下,甲烷与周边的水一同形成天然气水合物[2]。一方面,天然气水合物具有相当可观的能源前景[3],由此冷泉也受到越来越多的关注;另一方面,到达沉积物浅部的甲烷也会在产甲烷菌和硫酸盐还原菌的共同作用下,与下渗海水带来的硫酸盐进行甲烷厌氧氧化反应(AOM),将甲烷和硫酸盐转化为重碳酸根和硫化氢[4]。大量释放的重碳酸根为     

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,...     

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...     

深海沉积与全球变化研究的前缘与挑战

海洋正在经历变暖和酸化等人类活动引发的全球变化的影响,而深海沉积储存着地球演变历史时期由自然因素驱动过去全球变化的详细档案,通过探究其现今和过去全球变化过程,能够揭示全球变化的特征和规律,为预测未来变化提供依据。近年来在该领域的突出研究进展,是针对社会选择的未来排放轨迹,在深海记录中都能够找到相应的类似情形,用于评估未来地球系统各种变化的过程和后果。其中,以Dansgaard-Oeschger变化为代表的千年尺度事件、以厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和北大西洋涛动(NAO)为代表的十年尺度气候变化事件,是最接近现今地球变暖的快速气候变化场景。地球系统的发展轨迹目前正处于人类排放温室气体的“热室地球”路径的起点上,如果地球超过了这个“临界点”,它将沿着一条不可逆的道路进入“热室地球”状态,另一种路径则是通向“稳定地球”状态。深海沉积档案中的类似情形能够为社会选择未来排放的轨迹提供重要参考。全球变化研究面临的重大挑战是重新认识其关键过程的理论机制。以海洋变暖和酸化影响硅藻和颗石藻的海洋生物泵过程为例,传统知识认为酸化有利于硅藻建造,但最新的围隔实验研究却发现酸化大幅减少全球硅藻输出;传统知识认为酸化导致海洋生物钙化危机,但近期针对中生代大洋缺氧事件的黑色页岩研究,发现颗石藻的碳酸钙输出在海洋酸化期间大幅增加。这些颠覆性的认识严重挑战了传统全球变化某些关键过程的理论体系。     

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。     

垃圾填埋场覆层甲烷生物减排技术综述

垃圾填埋场服役期间会因微生物降解有机物释放大量甲烷,即使有气体收集装置,仍有甲烷逃逸到大气中。甲烷气体是造成温室效应的重要气体之一。甲烷氧化菌是以甲烷为唯一碳源的微生物,具有其优良的甲烷氧化效能。在中小型填埋场、老旧填埋场及开启集气装置已不再经济的大型填埋场,可在填埋场覆层中掺入甲烷氧化菌,对甲烷进行生物氧化,减少垃圾填埋场的甲烷释放量,从而减少温室效应,达到环保的目的。文章回顾了近些年国内外对甲烷氧化菌及其甲烷氧化效能的相关研究,对甲烷氧化菌的分类及其甲烷氧化机理,影响甲烷氧化菌氧化效能的因素以及甲烷氧化菌在垃圾填埋场中的应用等研究成果进行了总结,并对其今后的研究和应用提出了展望。     

Marine Carbon Sequestration: Current Situation,Problems and Future

Abuse of fossil energy resources results in the excessive discharge of greenhouse gases, especially CO₂, enhancing the trend of global climate warming. Carbon sequestration is an important method to lower the increasing rate of CO₂ concentration in the atmosphere. Marine carbon sequestration is a novel idea for reducing CO₂ emission, and its reservoir mainly includes seawater and submarine sediment, which not only possess a great potential capacity of carbon sequestration, but also have high safety in relation to continental reservoirs. In this paper, we expounded the technique principle and mechanisms of marine carbon sequestration, potential capacity and time duration of marine carbon sequestration, main factors influencing marine carbon sequestration, CO₂ injection technique, impacts on marine biota from over emission of CO₂ and technique monitoring the leakage of CO₂. Finally, a prospect of marine carbon sequestration was proposed, and its hot topics were accordingly pointed out.     

海洋中溶存甲烷研究进展

CH₄是大气中的重要微量气体，对全球变暖和大气化学有重要作用。海洋是大气甲烷的重要源和汇。开展海洋中溶存甲烷的研究，有助于了解海洋对大气甲烷和全球变化的贡献。综述了海洋中溶存甲烷的研究现状，着重介绍了海洋中溶存甲烷的分布特征、海气交换通量的估算及其生物地球化学循环，并探讨了该领域研究中存在的问题。     

Global methane emission through mud volcanoes and its past and present impact on the Earth's climate

Mud volcanism is an abundant, global phenomenon whereby fluid-rich, low-density sediments extrude both on land and offshore. Methane, which generally exceeds 90 vol% of the gas phase, is emitted at high rates during and after emplacement of the mud domes and is known for its high global warming potential (GWP). This comprehensive estimate of the annual contribution of mud volcano degassing assesses the significance of mud volcanism for the accumulation of greenhouse gases in the atmosphere. A first-order estimate for the earlier, pre-anthropogenic volume of methane released through mud volcanoes further supports their profound effect on the Earth's climate since at least the Paleozoic (570 Ma).     

海洋酸化对颗石藻的影响

工业革命以来人类活动产生了大量二氧化碳气体（CO2）并释放到大气中。CO2溶于海水,造成海水pH值降低,改变海洋碳酸系统的平衡。海洋酸化对海洋生态系统特别是钙化生物构成威胁。颗石藻作为主要的钙化浮游生物,在海洋碳循环过程中起着重要的作用。大多数培养实验表明CO2浓度上升会促进颗石藻光合作用。而海洋酸化对不同种或不同品系颗石藻钙化作用产生不同的影响。     

Greenhouse gas deposits in the deep sea

Gas hydrates are the largest deposits of hydrocarbons in the world. They are distributed throughout marine sediments and their stability depends largely upon temperature and pressure. Typically, ～99 percent of these hydrocarbon deposits are composed of methane, which is a potent greenhouse gas. Methane release from gas hydrates has been implicated in mass extinction events. Present and future changes in ocean temperature have the potential to increase the rate of methane production from gas hydrates and thus to affect Earth's climate. Whilst the deep sea normally serves as a sink for greenhouse gases, the release of methane from gas hydrates could be a hugely significant source in the future and pose a real threat to our efforts to limit greenhouse gas emissions.