近日，國際學術(shù)期刊《海洋和石油地質(zhì)學》（Marineand Petroleum Geology）報道了中國科學院海洋研究所在冷泉環(huán)境中水合物快速形成動力學方面的最新研究成果，研究揭示了海底冷泉環(huán)境對水合物形成的影響，并且為南海冷泉區(qū)水合物形成的動力學過程提供了新的見解。
深海活躍冷泉區(qū)賦存大量的天然氣水合物，形成了廣泛分布的自生碳酸鹽巖以及獨特的冷泉生物群落，是一種復(fù)雜的深海極端環(huán)境，而這種復(fù)雜的環(huán)境會顯著地影響水合物的形成和分解。課題組前期在南海活躍冷泉噴口區(qū)進行的水合物原位合成實驗表明，冷泉噴口噴出的氣泡流可以在短短幾秒內(nèi)快速生成天然氣水合物，而脫離冷泉原位環(huán)境條件的實驗室結(jié)果表明，盡管模擬了冷泉環(huán)境的溫度和壓強，水合物卻難以快速生成。這表明冷泉復(fù)雜的環(huán)境會對水合物的形成產(chǎn)生獨特的影響，但是這種影響還尚不清楚。
中國科學院海洋研究所張鑫團隊在我國南海北部臺西南冷泉區(qū)通過保真取樣技術(shù)獲取了冷泉噴口流體、底層海水以及自生碳酸鹽巖等樣品，利用上述真實的樣品模擬該冷泉環(huán)境中甲烷水合物的形成過程，并利用時間序列拉曼光譜和視頻對水合物形成過程進行了監(jiān)測和觀察。實驗結(jié)果表明，冷泉流體中的水合物在2分鐘內(nèi)形成，并且冷泉環(huán)境中的自生碳酸鹽巖對水合物的形成表現(xiàn)出了一定的促進作用。此外，相對于高鹽度底層海水的抑制作用，低鹽度且富含微小顆粒的冷泉流體顯著促進了水合物的形成。而冷泉流體的低鹽度可能歸因于水合物分解產(chǎn)生的水的稀釋作用，由于分解水存在著生成過水合物的“記憶”，其會對水合物的再次形成表現(xiàn)出強烈的促進作用。綜上可得，自生碳酸鹽巖顆粒、低鹽度的冷泉流體和具有“記憶效應(yīng)”的氣泡流的協(xié)同作用促使了冷泉水合物的快速生成。
采樣區(qū)域圖和采樣照片
基于上述研究，科研人員綜合考慮了自生碳酸鹽巖顆粒成核、冷泉流體以及具有“記憶效應(yīng)”氣泡流對冷泉環(huán)境水合物快速生成的影響，提出了一個原位冷泉環(huán)境中甲烷水合物生成的動力學模型。該模型闡明了冷泉中多相環(huán)境因素對水合物形成的綜合影響，并為原位冷泉水合物快速形成的動力學過程提供了新的見解。由此可見，冷泉復(fù)雜的環(huán)境條件會對水合物動力學過程產(chǎn)生獨特的影響，未來有望深入開展冷泉水合物的原位長期監(jiān)測實驗，進而加深對冷泉水合物形成、演化以及與周圍生物群落響應(yīng)機制的理解。
冷泉環(huán)境下水合物形成動力學的示意圖
青島財經(jīng)日報/首頁新聞記者 李倚慰
責任編輯：李頡
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