近日，国际学术期刊《地球化学观点快报》（Geochemical Perspectives Letters）以封面文章形式报道了中国科学院海洋研究所最新研究成果。科研人员基于自主研制的深海原位拉曼光谱探测系统，构建了天然气水合物上升时随水深变化的演化模型，并通过深海原位实验首次证实了天然气水合物可携带冷泉气体到达海表。  

《地球化学观点快报》杂志封面文章

　　海洋中的天然气水合物储量丰富，其所蕴含的天然气资源总量相当于传统化石燃料碳总量的两倍，是未来理想的清洁能源之一。天然气水合物不稳定，海平面变化、海底地震、滑坡、开采不当等都有可能造成其失稳分解。由于甲烷气体具有较强的温室效应，漫长的地质历史时期中经常发生的大规模环境变化，很可能与海底大量天然气水合物分解有关。近几十年来，人们对天然气水合物的性质、稳定性等做过各种实验、预测与评估，但截至目前，天然气水合物发生失稳在海洋中经历的上升过程仍未知，其携带冷泉中的甲烷气体在海水中能够到达的深度仍不清楚。  

全球冷泉喷口与天然气水合物分布示意图

　　 针对这一问题，中国科学院海洋研究所张鑫团队，利用“科学”号科考船及“发现”号ROV，在南海海域的陵水、海马和Site F冷泉区，利用活跃的冷泉喷口进行天然气水合物上升分解原位实验，并通过拉曼光谱探测系统实时监测天然气水合物上升过程中的相态变化。研究结果发现，水合物在海水中上升会经历三个阶段的变化：形貌没有变化但存在气体逸出过程的亚稳态阶段，外围水合物分解与内部水合物生长共存的第二阶段，内部水合物完全分解的第三阶段。  

拉曼原位实验监测可燃冰分解过程

气体水合物上升过程中的相态变化与温度变化

　　通过对原位实验进行综合研判，发现水合物膜的形成能够大大增加甲烷气体的生存能力，携带甲烷气体到达较浅的深度甚至是大气，这可能是冷泉气体影响浅层水体或者大气环境的一种重要运输方式。该项研究细化了水合物分解过程与海水深度之间的关系，加深了对气体水合物分解演化机制的理解，为天然气水合物上升分解过程提供了新的见解。  

中国科学院海洋研究所在读博士马良为文章第一作者，张鑫研究员为文章通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导专项等项目联合资助，以及“科学”号科考船、“发现”号ROV运维团队支持。

 

　　论文信息及链接：

　　Linag, M., Zhendong, L., Zengfeng, Du., Xiong, Z., Yitong, Z., Xin, Zhang^*. (2023). The direct observation and interpretation of gas hydrate decomposition with ocean depth. Geochemical Perspectives Letters, 27, 9–14. https://doi.org/10.7185/geochemlet.2327