天然氣水合物的新奧秘：我國(guó)科學(xué)家首次證實(shí)其可達(dá)海表
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】 海洋覆蓋了地球表面的大部分，蘊(yùn)藏著豐富的生物和礦產(chǎn)資源。其中，天然氣水合物作為重要的礦產(chǎn)資源之一，因其潛在的能源價(jià)值和環(huán)境意義備受關(guān)注。然而，關(guān)于天然氣水合物在海洋中的分布和形成機(jī)制，仍存在許多爭(zhēng)議和未解之謎。這些由天然氣與水在地下高壓環(huán)境下形成的冰狀物質(zhì)，被認(rèn)為是一種潛在的清潔能源，同時(shí)也在全球氣候變化、地球物理和地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的影響。
近日，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所科研人員基于自主研制的深海原位拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)，構(gòu)建了天然氣水合物上升時(shí)隨水深變化的演化模型，并通過(guò)深海原位實(shí)驗(yàn)首次證實(shí)了天然氣水合物可攜帶冷泉?dú)怏w到達(dá)海表。
這一發(fā)現(xiàn)立即引起了全球科學(xué)界的關(guān)注。此前，人們普遍認(rèn)為天然氣水合物只能在深海高壓環(huán)境下穩(wěn)定存在，而這一新發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了這一觀點(diǎn)?？茖W(xué)家們推測(cè)，天然氣水合物可能在特定的環(huán)境條件下，如海洋表面溫度的波動(dòng)或鹽度的變化等因素影響下，能夠形成并穩(wěn)定存在，又或許是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期中，經(jīng)常發(fā)生的大規(guī)模環(huán)境變化與海底大量天然氣水合物的分解有關(guān)。
天然氣水合物分解會(huì)釋放出甲烷氣體，而甲烷氣體具有較強(qiáng)的溫室效應(yīng)。這意味著，當(dāng)天然氣水合物發(fā)生失穩(wěn)分解時(shí)，大量的甲烷氣體會(huì)被釋放到海洋中。然而，近幾十年來(lái)，人們對(duì)天然氣水合物的性質(zhì)和穩(wěn)定性進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)、預(yù)測(cè)和評(píng)估，但截至目前，我們?nèi)匀徊磺宄烊粴馑衔锇l(fā)生失穩(wěn)后在海洋中上升的過(guò)程。
此外，我們還不清楚天然氣水合物攜帶的甲烷氣體在海水中能夠到達(dá)的深度。這就意味著，我們對(duì)于天然氣水合物分解對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響還存在一定的不確定性。
針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所張?chǎng)螆F(tuán)隊(duì)，使用“科學(xué)”號(hào)科考船及“發(fā)現(xiàn)”號(hào)ROV深海機(jī)器人(水下纜控潛器)，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(guò)拉曼光譜探測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天然氣水合物上升過(guò)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：第一階段是形貌沒(méi)有變化，但存在氣體逸出過(guò)程的亞穩(wěn)態(tài)階段；第二階段，外圍水合物分解與內(nèi)部水合物生長(zhǎng)共存；第三階段，內(nèi)部水合物完全分解。
科學(xué)家們綜合研判認(rèn)為，水合物膜的形成能夠大大增加甲烷氣體的生存能力，可攜帶甲烷氣體到達(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。
這一發(fā)現(xiàn)不僅具有學(xué)術(shù)價(jià)值，也具有實(shí)際應(yīng)用前景。首先，天然氣水合物作為清潔能源的潛力巨大，如果能夠掌握其形成和分解的機(jī)理和條件，將有助于開(kāi)發(fā)更有效的開(kāi)采技術(shù)，從而為能源供應(yīng)提供新的來(lái)源。其次，天然氣水合物的存在和分布可能會(huì)影響海洋生態(tài)系統(tǒng)和全球氣候變化，進(jìn)一步研究其生態(tài)和環(huán)境效應(yīng)將有助于我們更好地理解地球系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律。
這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)首次證實(shí)了天然氣水合物可以到達(dá)海洋表面，為我們認(rèn)識(shí)和理解海洋生態(tài)系統(tǒng)提供了新的視角。同時(shí)，這一發(fā)現(xiàn)也為我們開(kāi)發(fā)和利用海洋資源提供了新的可能。盡管仍有許多問(wèn)題需要解決，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們有望在未來(lái)更好地理解和利用海洋中的天然氣水合物。
(資料來(lái)源：光明日?qǐng)?bào))
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