深海冷泉水合物快速形成動(dòng)力學(xué)機(jī)制獲揭示

近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《海洋和石油地質(zhì)學(xué)》報(bào)道了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所在冷泉環(huán)境中水合物快速形成動(dòng)力學(xué)方面的最新研究成果，研究揭示了海底冷泉環(huán)境對(duì)水合物形成的影響，并且為南海冷泉區(qū)水合物形成的動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了新的見(jiàn)解。

深?；钴S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(dú)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(huì)顯著地影響水合物的形成和分解。

課題組前期在南?；钴S冷泉噴口區(qū)進(jìn)行的水合物原位合成實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室結(jié)果表明，盡管模擬了冷泉環(huán)境的溫度和壓強(qiáng)，水合物卻難以快速生成。這表明冷泉復(fù)雜的環(huán)境會(huì)對(duì)水合物的形成產(chǎn)生獨(dú)特的影響，但是這種影響還尚不清楚。

海洋研究所研究員張?chǎng)螆F(tuán)隊(duì)在我國(guó)南海北部臺(tái)西南冷泉區(qū)通過(guò)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(shí)的樣品模擬該冷泉環(huán)境中甲烷水合物的形成過(guò)程，并利用時(shí)間序列拉曼光譜和視頻對(duì)水合物形成過(guò)程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和觀察。

實(shí)驗(yàn)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(duì)水合物的形成表現(xiàn)出了一定的促進(jìn)作用。此外，相對(duì)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(jìn)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(guò)水合物的“記憶”，其會(huì)對(duì)水合物的再次形成表現(xiàn)出強(qiáng)烈的促進(jìn)作用。

由此，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。

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(duì)冷泉環(huán)境水合物快速生成的影響，提出了一個(gè)原位冷泉環(huán)境中甲烷水合物生成的動(dòng)力學(xué)模型。該模型闡明了冷泉中多相環(huán)境因素對(duì)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(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了新的見(jiàn)解。

由此可見(jiàn)，冷泉復(fù)雜的環(huán)境條件會(huì)對(duì)水合物動(dòng)力學(xué)過(guò)程產(chǎn)生獨(dú)特的影響，未來(lái)有望深入開(kāi)展冷泉水合物的原位長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而加深對(duì)冷泉水合物形成、演化以及與周?chē)锶郝漤憫?yīng)機(jī)制的理解。