Methane hydrate formation comparisons in media with and without a water source supply

Water is a necessary element during gas hydrate formations. Therefore, by analyzing water depletion changes in media, the reaction characteristics of methane hydrate in media can be studied. In this study, two water sources supplying some liquid water which may be consumed by the methane hydrate formation reactions were designed and assembled. Using them, the full formation processes of methane hydrate was studied. Experimental results show the following： If heat released from nucleation reaction of methane hydrate is diffused rapidly, the nucleation ratios will be enhanced discernibly. While the hydrate is formed, a force is generated that sucks fresh water from the source into the vicinity of the hydrate, slowing down the cementation process and causing some hydrate grain dissociation. As a result of cementation differences, the hydrate reaction processes with different water sources present linear or quadratic equation characteristics. After a few repeated dissociation and formation processes of some hydrate grains caused by the fresh water, the gas amounts contained in hydrate will be significantly enhanced.     

漂浮通量箱法和扩散模型法测定内陆水体CH_4和N_2O排放通量的初步比较研究

采用漂浮通量箱法和扩散模型法同步地观测了模拟内陆水体在不同条件下的CH4和N2O的水-气交换通量,旨在比较两类方法取得结果的异同。结果显示:这两类方法所测得的绝大多数CH4排放通量都与水中溶解氧呈显著线性负相关(显著性系数P0.001)。同时N2O排放通量与表层水温及水中铵态氮、硝态氮、溶解碳和溶解氧的关系可用包含所有上述水环境因素的Arrhenius动力学方程来表达,这些因素可以共同解释86%~90%的N2O通量变化(P0.0001),且不同方法测定的N2O通量的表观活化能和对表层水温的敏感系数分别介于47~59 kJ mol-1和1.92~2.27之间;扩散模型法所获得的CH4和N2O通量分别是箱法测定值的13%~175%和15%~240%,差异程度因模型而异;不同模型取得通量间相差20%~1200%,平均相差2.3倍。上述结果表明:仅用一种模型方法来取得CH4或N2O排放通量易形成较大偏差;不同扩散模型法和箱法测定的通量在反映CH4和N2O排放的内在规律方面具有一致性,但它们对真实气体通量的测量是否都存在不同程度的系统误差,尚需进一步研究。     

我国首次主导编写天然气国际技术报告

日前,中石油西南油气田天然气研究院主导编写的《天然气一甲烷值计算》国际技术报告,由国际标准化组织在瑞士日内瓦正式发布。这是我国在天然气标准化领域主导编写的首份国际技术报告。     

“可燃冰”开发,难在哪？

自20世纪60年代以来,人们陆续在冻土带和自海洋深处发现了一种可以燃烧的“冰”,就是天然气水合物,即后来被人们称作“可燃冰”的物质。可燃冰中甲烷含量占80%~99.9%,燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多,而且其广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境,在全球范围内的储量是现有天然气、石油储量的两倍,足够人类使用1000年,因而被各国视为未来石油、天然气的替代能源。     

IPCC第六次评估报告解读：北半球多年冻土碳的观测结果和预估

政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告(AR6)第一工作组报告对多年冻土区土壤碳储量、碳汇效应及未来气候情景下温室气体排放进行了归纳和总结。报告明确指出,北半球多年冻土区表层土壤和深层沉积物的有机碳储量为1 460～1 600 PgC(1 Pg=10亿吨)(中等信度)。随着气候持续变暖,多年冻土显著退化,土壤有机质迅速分解并以二氧化碳(CO₂)或甲烷(CH₄)的形式释放到大气中,加速了气候变暖。在未来全球变暖情景下,近地表多年冻土面积将显著减少,并向大气释放CO₂和CH₄,造成多年冻土碳与气候的正反馈作用。报告还指出,预计到2100年,气温每升高1℃,多年冻土区CO₂和CH₄的排放量分别相当于18(3.1～41) PgC和2.8(0.7～7.3) PgC(低信度)。但由于所使用的估算数据异质性较大及模型之间的一致性有限,并且对多年冻土环境驱动因素及过程模型的认知尚不完整,故多年冻土对气候变化反馈的时间及幅度的可信度还处于较低水平。     

春季黄、渤海沉积物中CH4和N2O的垂向分布特征研究

本研究分别利用顶空平衡法与qPCR技术测定了2018年春季黄、渤海5个典型站位柱状沉积物中甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)浓度及产甲烷菌与硫酸盐还原菌功能基因拷贝数,并分析了其与间隙水中相关环境因子的关系。沉积物上方水文条件的差异以及其中复杂的碳氮生物地球化学过程使得CH₄和N₂O浓度呈现出明显的空间和垂直变化。结果显示,沉积物中CH₄浓度为0.23~0.92 μmol·kg^-1,N₂O浓度为18.90~104.96 nmol·kg^-1。总体来说,渤海沉积物中CH₄和N₂O平均浓度高于黄海。垂向分布上,CH₄浓度均随深度增加逐渐升高, $\text{SO}_{4}^{2-}$浓度随深度增加逐渐降低,并与CH₄浓度呈镜像关系,产甲烷菌与硫酸盐还原菌的丰度也遵循着同样规律,这表明沉积物中产甲烷作用受$\text{SO}_{4}^{2-}$浓度的抑制。 mcrA基因拷贝数平均值为渤海低于黄海。除3500-7站外,沉积物中mcrA基因拷贝数随深度增加而升高。各站位mcrA 基因丰度与CH₄浓度均无显著相关性,且mcrA丰度与$\text{SO}_{4}^{2-}$浓度之间也未检测到显著相关性。dsrB基因拷贝数远高于mcrA基因拷贝数,且两者相差至少两个数量级。 dsrB基因拷贝数随深度逐渐增加,直至10 cm左右,随后至沉积物底部逐渐减少。各站位dsrB基因拷贝数与CH₄浓度剖面略有镜像关系,但均未检测到显著负相关性。以上结果均表明沉积物中存在着同时消耗沉积物中$\text{SO}_{4}^{2-}$与CH₄的其他作用。N₂O浓度随深度增加先降低,在深度30 cm以下逐渐升高。间隙水中$\text{NO}_{3}^{-}$和$\text{NO}_{2}^{-}$浓度均随深度减小,同时$\text{NH}_{4}^{+}$浓度与其呈相反趋势。沉积物中N₂O与$\text{NO}_{2}^{-}$及$\text{NO}_{3}^{-}$浓度均呈正相关,且前者相关性较高,说明反硝化作用是沉积物中N₂O产生的主要过程。这些结果为进一步了解近岸陆架海域沉积物中CH₄和N₂O的来源、分布及碳氮生物地球化学循环提供了参考资料。     

未来甲烷排放增加对平流层水汽和全球臭氧的影响

利用一个耦合的大气化学-气候模式(WACCM3)研究了地表甲烷排放增加对平流层水汽和全球臭氧变化的影响.结果表明,如果地表甲烷的排放量在2000年的基础上增加50%(达到政府间气候变化专门委员会A1B排放情景中2050年的值),平流层水汽体积分数将平均增加约0.8×10^-6.南半球平流层甲烷转化为水汽的效率比北半球高.在北半球平流层中,1mol甲烷分子可以转化为约1.63mol的水汽分子,而在南半球1mol甲烷分子大概可以转化为约1.82mol的水汽分子.甲烷排放增加50%将使全球中低纬度地区以及北半球高纬度地区的臭氧柱总量增加1%-3%,使南半球高纬度地区臭氧柱总量增加近8%,而秋季(南半球春季)南极地区臭氧柱总量增加幅度可高达20%,南极臭氧的这种显着增加主要是由于甲烷增加造成的化学反馈所致.在北半球中高纬度地区,甲烷增加引起的臭氧变化主要与甲烷氧化导致的水汽增加有关.研究还表明,未来甲烷排放增加对臭氧的恢复作用其实与溴化物排放的减少一样重要.     

青藏高原湿地冻土区活动层甲烷排放特征

青藏高原作为地球陆地碳循环系统的重要组成部分,一直是科学家和环保工作者关注的热点,天然气水合物的发现是否会引发环境和地质灾害再次引起科学家甚至政府部门的重视.本文选用甲烷通量、近地表大气甲烷浓度、土壤甲烷浓度和甲烷稳定碳同位素为监测指标,以祁连山天然气水合物试采区为研究区,开展甲烷排放监测.结果表明:①祁连山高寒草原、高寒草甸区甲烷排放具有季节性变化和区域分布特点,最大排放值为19.2mg/m2·h,最大吸收值为-108 mg/m2·h,表现出巨大的碳汇潜力,对青藏高原碳循环具有重要意义;②甲烷碳同位素显示冻土区活动层大量存在微生物,10~30 cm甲烷主要微生物成因,微生物活跃期在夏季,冬季则减弱,微生物的代谢影响着甲烷的氧化和产生,嗜甲烷菌的存在对甲烷的排放起很大的控制作用;③试采前后近地表大气甲烷含量没有出现“爆炸式”增长,这与研究区天然气水合物的赋存状态和储量及试采方式有关;④甲烷排放受多种因素的影响,应加强对土壤温度、土壤湿度和pH值等因素的进一步研究.     

非水相液体污染场地源区自然消除研究进展

污染场地的健康风险和环境地质危害备受关注, 自然衰减被公认是优选修复技术。对存在非水相液体的场地, 源区非水相液体残余导致的“拖尾和反弹”问题对污染场地自然衰减技术提出了挑战。近年来源区自然消除技术的出现丰富深化了自然衰减修复的内涵, 展现了解决“拖尾和反弹”问题的巨大潜力。本文综述了轻非水相液体(LNAPL)污染场地源区自然消除的研究历程和最新成果, 研究显示: ①2000年至今, 自然衰减修复的相关研究逐渐从地下水污染羽衰减转向包气带源区自然消除; ②包气带自然消除过程被证实是源区自然消除的关键生物过程, 占LNAPL总质量损失的90%~99%;③LNAPL挥发过程中的生物降解是源区自然消除的主要研究对象。在以上研究过程中,建立的源区自然消除研究方法：①可分为LNAPL源区-羽识别、定性判断和定量估算三个部分; ②包气带定量评估常用浓度梯度、二氧化碳通量(动态密闭室和静态捕集)和热力学梯度是量化评估的三类方法。综合已有的研究进展和难点, 可以预见, 在未来研究中, 识别源区LNAPL的成分变化、明确源区自然消除的限速因子,以及开发恰当的气体脱气和气泡逃逸观测方法,是源区自然消除修复方法应用推广需解决的关键科学问题。     

内蒙古西部额济纳旗地区X井油气显示特征与油气源探讨

根据内蒙古额济纳旗地区X井白垩系额济纳旗组、侏罗系麻木乌苏组、古生界顶面风化壳等不同层段的油气显示特征和钻井泥浆烃类气体组分、甲烷C同位素的分析结果,认为侏罗系和白垩系油气显示特征相同,为油与气显示,气体样品的干燥系数(C1/C总)为0.80~0.87,甲烷C同位素δ13C1为-48.19‰~-50.87‰,表现了低成熟热解气的特征;古生界风化壳为气显示,天然气干燥系数(C1/C总)为0.91~0.92,甲烷C同位素δ13C1为-21.56‰~-30.91‰,表现了高成熟热解气的特征。该井及邻区的中生界、古生界烃源岩干酪根类型及其演化程度具有显著的差别,中生界烃源岩以低成熟混合型干酪根为主,古生界烃源岩为成熟—高成熟(或过成熟)的混合型-腐泥型干酪根。表明该区存在以中生界侏罗系—白垩系低成熟烃源岩为油气源的油气系统和古生界高成熟(或过成熟)烃源岩为气源的油气系统,指示了古生界油气资源前景。