天然氣水合物的新奧秘：我國科學(xué)家首次證實其可達海表
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】 海洋覆蓋了地球表面的大部分，蘊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制，仍存在許多爭議和未解之謎。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)，被認為是一種潛在的清潔能源，同時也在全球氣候變化、地球物理和地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域具有深遠的影響。
近日，中國科學(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系統(tǒng)，構(gòu)建了天然氣水合物上升時隨水深變化的演化模型，并通過深海原位實驗首次證實了天然氣水合物可攜帶冷泉氣體到達海表。
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。科學(xué)家們推測，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，又或許是在漫長的地質(zhì)歷史時期中，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釋放出甲烷氣體，而甲烷氣體具有較強的溫室效應(yīng)。這意味著，當天然氣水合物發(fā)生失穩(wěn)分解時，大量的甲烷氣體會被釋放到海洋中。然而，近幾十年來，人們對天然氣水合物的性質(zhì)和穩(wěn)定性進行了大量的實驗、預(yù)測和評估，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的深度。這就意味著，我們對于天然氣水合物分解對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響還存在一定的不確定性。
針對這一問題，中國科學(xué)院海洋研究所張鑫團隊，使用“科學(xué)”號科考船及“發(fā)現(xiàn)”號ROV深海機器人(水下纜控潛器)，利用活躍的冷泉噴口進行天然氣水合物上升分解原位實驗，并通過拉曼光譜探測系統(tǒng)實時監(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經(jīng)歷三個階段的變化：第一階段是形貌沒有變化，但存在氣體逸出過程的亞穩(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較淺的深度甚至是大氣，這可能是冷泉氣體影響淺層水體或者大氣環(huán)境的一種重要運輸方式。
這一發(fā)現(xiàn)不僅具有學(xué)術(shù)價值，也具有實際應(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理和條件，將有助于開發(fā)更有效的開采技術(shù)，從而為能源供應(yīng)提供新的來源。其次，天然氣水合物的存在和分布可能會影響海洋生態(tài)系統(tǒng)和全球氣候變化，進一步研究其生態(tài)和環(huán)境效應(yīng)將有助于我們更好地理解地球系統(tǒng)的運行規(guī)律。
這項實驗首次證實了天然氣水合物可以到達海洋表面，為我們認識和理解海洋生態(tài)系統(tǒng)提供了新的視角。同時，這一發(fā)現(xiàn)也為我們開發(fā)和利用海洋資源提供了新的可能。盡管仍有許多問題需要解決，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，我們有望在未來更好地理解和利用海洋中的天然氣水合物。
(資料來源：光明日報)
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