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古代海洋甲烷并非直接的气候变化威胁:新研究表明,中纬度地区的海洋甲烷储层在变暖条件下不会释放到大气中。

在海洋表面深处,海底含有大量由水和浓缩甲烷气体组成的天然冰状沉积物。 几十年来,气候科学家一直想知道,随着海洋温度升高,这种甲烷水合物储层是否会“融化”并向海洋和大气释放大量甲烷。

来自罗切斯特大学、美国地质调查局和加州大学欧文分校的科学家的新研究首次直接表明,水合物分解释放的甲烷是 不是 到达大气层。

研究人员,包括地球与环境科学系教授约翰凯斯勒和凯斯勒实验室前研究科学家、现韩国釜山国立大学海洋学系助理教授 DongJoo Joung,进行了这项研究在中纬度地区——地球的亚热带和温带地区。

虽然甲烷水合物储层的稳定性对温度变化很敏感,但“在进行这项研究的中纬度地区,我们没有看到水合物甲烷排放到大气中的迹象,”该研究的第一作者 Joung 说。研究,发表在 自然地球科学。

甲烷水合物如何形成、稳定和降解

被锁在冰一样的甲烷水合物中,甲烷对气候没有影响。 但释放到大气中时,它会作为一种强大的吸热气体。 今天的大气包含人类活动排放的甲烷——例如化石燃料的提取和使用、农业和垃圾填埋场——以及湿地、野火、水生环境、沿海地区和陆上渗漏自然排放的甲烷。

海洋沉积物是甲烷水合物形式的古代天然甲烷水库的巨大仓库。

“全球锁定在天然气水合物中的甲烷数量惊人,”Joung 说。

科学家们假设,即使是这个水库的一部分释放,也会显着加剧气候变化。

凯斯勒说:“想象一下你鱼缸里的一个气泡从鱼缸底部到顶部,然后爆炸并将气泡中的任何东西释放到它上面的空气中——这就是许多人看待水合物分解可能有助于我们正在变暖的世界。”

天然气水合物形成于甲烷和水在高压和低温条件下相遇的地方。 在位于温带和亚热带中纬度的海洋部分,水合物只能在海面以下约 500 米(约 1640 英尺)以下的深度保持稳定。 一般来说,水合物在海面下越深越稳定。

这意味着甲烷水合物的稳定上限——500 米——是一个“最佳位置”。 在海水温度升高的情况下,它最容易融化,而且它是“预先水合”的甲烷气泡在到达大气层之前必须经过的最短距离。

但即使在这个最佳位置,研究人员也没有观察到水合物甲烷排放到大气中的证据。

对甲烷源进行指纹识别

为了进行他们的研究,研究人员在他们从大西洋和太平洋中纬度地区不同深度收集的海水样本中测量了海洋甲烷的独特同位素“特征”。 这使他们能够直接确定海水中甲烷的来源。

为了进行一次测量,他们需要大量的水——一个样本包含大约两千加仑的海水。 研究人员使用一个巨大的吸管来收集样本,并采用了他们团队开发的一项新技术,该技术涉及从每个样本中提取甲烷。 研究人员将甲烷压缩成气瓶,然后将其带回位于 River Campus 的 Kessler 实验室进行分析。

正如研究人员记录的那样,古老的甲烷正在从海底释放出来。 然而,他们在地表水中发现了微不足道的这种古老甲烷。 他们根据早期的研究得出结论,这种甲烷气体首先溶解在更深的水域,然后海洋微生物将甲烷生物降解,在它离开水之前将其转化为二氧化碳。

凯斯勒小组和其他人之前的工作发现,这些过程在中纬度地区很活跃,并且类似的过程有助于减轻深水地平线漏油期间释放的甲烷的影响。

二氧化碳虽然也是一种温室气体,但“可以并入海水中的其他碳储层,”凯斯勒说。 虽然一些二氧化碳也可能排放到大气中,但它会发生在更长的时间尺度上——数千年——而且变暖不会那么严重。

这项新研究建立在凯斯勒实验室之前的工作基础上,重点关注北冰洋的甲烷水合物。 北极水域是研究水合物的另一个最佳地点,因为低温意味着水合物在较浅的水域不稳定,在那里它们到达大气层的距离很短。

凯斯勒称这些结果为“好消息”——但这一消息强调了剩下的工作。 “这告诉我们,为了减少大气中的甲烷来源,我们可以将更多的注意力集中在减少人类排放上,”他说。

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