海洋中的天然氣水合物儲(chǔ)量豐富，其所蘊(yùn)含的天然氣資源總量相當(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)榷加锌赡茉斐善涫Х€(wěn)分解。由于甲烷氣體具有較強(qiáng)的溫室效應(yīng)，漫長的地質(zhì)歷史時(shí)期中經(jīng)常發(fā)生的大規(guī)模環(huán)境變化，很可能與海底大量天然氣水合物分解有關(guān)。近幾十年來，人們對天然氣水合物的性質(zhì)、穩(wěn)定性等做過各種實(shí)驗(yàn)、預(yù)測與評(píng)估，但截至目前，天然氣水合物發(fā)生失穩(wěn)在海洋中經(jīng)歷的上升過程仍未知，其攜帶冷泉中的甲烷氣體在海水中能夠到達(dá)的深度仍不清楚。
全球冷泉噴口與天然氣水合物分布示意圖
針對這一問題，中國科學(xué)院海洋研究所張鑫團(tuán)隊(duì)，利用“科學(xué)”號(hào)科考船及“發(fā)現(xiàn)”號(hào)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(jìn)行天然氣水合物上升分解原位實(shí)驗(yàn)，并通過拉曼光譜探測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測天然氣水合物上升過程中的相態(tài)變化。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水合物在海水中上升會(huì)經(jīng)歷三個(gè)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。
拉曼原位實(shí)驗(yàn)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
通過對原位實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合研判，發(fā)現(xiàn)水合物膜的形成能夠大大增加甲烷氣體的生存能力，攜帶甲烷氣體到達(dá)較淺的深度甚至是大氣，這可能是冷泉?dú)怏w影響淺層水體或者大氣環(huán)境的一種重要運(yùn)輸方式。該項(xiàng)研究細(xì)化了水合物分解過程與海水深度之間的關(guān)系，加深了對氣體水合物分解演化機(jī)制的理解，為天然氣水合物上升分解過程提供了新的見解。 中國科學(xué)院海洋研究所在讀博士馬良為文章第一作者，張鑫研究員為文章通訊作者。研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目聯(lián)合資助，以及“科學(xué)”號(hào)科考船、“發(fā)現(xiàn)”號(hào)ROV運(yùn)維團(tuán)隊(duì)支持。
