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天然气水合物的新奥秘：我国科学家首次证实其可达海表
2023年11月25日 15:58:15
来源：化工仪器网 点击量：27999
近日，中国科学院海洋研究所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。
【化工仪器网 项目成果】 海洋覆盖了地球表面的大部分，蕴藏着丰富的生物和矿产资源。其中，天然气水合物作为重要的矿产资源之一，因其潜在的能源价值和环境意义备受关注。然而，关于天然气水合物在海洋中的分布和形成机制，仍存在许多争议和未解之谜。这些由天然气与水在地下高压环境下形成的冰状物质，被认为是一种潜在的清洁能源，同时也在全球气候变化、地球物理和地质学等领域具有深远的影响。
近日，中国科学院海洋研究所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。
这一发现立即引起了全球科学界的关注。此前，人们普遍认为天然气水合物只能在深海高压环境下稳定存在，而这一新发现挑战了这一观点。科学家们推测，天然气水合物可能在特定的环境条件下，如海洋表面温度的波动或盐度的变化等因素影响下，能够形成并稳定存在，又或许是在漫长的地质历史时期中，经常发生的大规模环境变化与海底大量天然气水合物的分解有关。
天然气水合物分解会释放出甲烷气体，而甲烷气体具有较强的温室效应。这意味着，当天然气水合物发生失稳分解时，大量的甲烷气体会被释放到海洋中。然而，近几十年来，人们对天然气水合物的性质和稳定性进行了大量的实验、预测和评估，但截至目前，我们仍然不清楚天然气水合物发生失稳后在海洋中上升的过程。
此外，我们还不清楚天然气水合物携带的甲烷气体在海水中能够到达的深度。这就意味着，我们对于天然气水合物分解对海洋生态系统的影响还存在一定的不确定性。
针对这一问题，中国科学院海洋研究所张鑫团队，使用“科学”号科考船及“发现”号ROV深海机器人(水下缆控潜器)，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：第一阶段是形貌没有变化，但存在气体逸出过程的亚稳态阶段；第二阶段，外围水合物分解与内部水合物生长共存；第三阶段，内部水合物完全分解。
科学家们综合研判认为，水合物膜的形成能够大大增加甲烷气体的生存能力，可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。
这一发现不仅具有学术价值，也具有实际应用前景。首先，天然气水合物作为清洁能源的潜力巨大，如果能够掌握其形成和分解的机理和条件，将有助于开发更有效的开采技术，从而为能源供应提供新的来源。其次，天然气水合物的存在和分布可能会影响海洋生态系统和全球气候变化，进一步研究其生态和环境效应将有助于我们更好地理解地球系统的运行规律。
这项实验首次证实了天然气水合物可以到达海洋表面，为我们认识和理解海洋生态系统提供了新的视角。同时，这一发现也为我们开发和利用海洋资源提供了新的可能。尽管仍有许多问题需要解决，但随着科学技术的不断进步，我们有望在未来更好地理解和利用海洋中的天然气水合物。
(资料来源：光明日报)
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