海底冰冻甲烷正在融化——情况比我们想象的还要糟糕

理查德·戴维斯 • 27 十二月 2023

埋藏在大陆周围海洋之下的是自然产生的冰冻形式的甲烷和水。有时被称为“火冰”，因为你可以直接点燃它，海洋甲烷水合物会随着气候变暖而融化，不受控制地向海洋甚至大气中释放甲烷（一种强效温室气体）。

我和我的同事刚刚发表的研究表明，更多的甲烷水合物比之前想象的更容易受到变暖的影响。这是一个令人担忧的问题，因为水合物中的碳含量与地球上所有剩余石油和天然气的碳含量差不多。

将其从海底释放可能会导致海洋变得更加酸性，气候进一步变暖。这是一系列危险的情况。

类似的古代海洋水合物储层中甲烷的大量排放与地球历史上一些最严重和最迅速的气候变化有关。甚至有证据表明，这一过程在美国东海岸附近再次开始。

我从事水合物研究已有十多年，主要研究西非毛里塔尼亚近海的甲烷水合物。最近，我获取了旨在揭示石油和天然气的 3D 地震数据，并将其重新用于绘制海底水合物的地图。最终，我想弄清楚气候变化是否导致甲烷冒泡到地表。

3D 地震对于地质学家来说相当于医生的 CT 扫描。它可以覆盖数百平方公里，并可以揭示海底几公里处的水合物。在这些大型勘测中很容易识别水合物，因为由船舶拖曳的地震能量源产生的声波会从水合物层的底部反射。

使用 3D 地震图像寻找甲烷
当我在 2020 年初第一次新冠疫情封锁期间适应了新的生活方式时，我重新打开了经过大量研究的数据集并再次开始绘制地图。我知道自上一次冰期在大约 20,000 年前达到顶峰以来，有许多水合物因变暖而解冻的例子，而且我知道我们可以在 3D 数据集上检测到这一点。

但甲烷的命运如何呢？它到达海洋和大气层了吗？因为如果确实如此，这就是它可能再次发生的主要线索。

在大陆周围，海洋相对较浅，水合物的温度仅足以保持冻结状态。因此，它非常容易受到任何变暖的影响，这就是为什么这些地区一直是大多数科学研究的焦点。

哪里可以找到已知的甲烷水合物。世界海洋评论（数据：Wallmann 等人），CC BY-NC-SA

好消息是，世界上只有 3.5% 的水合物位于脆弱地带，处于这种不稳定的状态。相反，大多数水合物被认为是“安全的”，埋藏在距陆地数十公里远的海底数百米处的更深水域中。

但深海中的冰冻甲烷毕竟可能很脆弱。在水深超过 450 米至 700 米的海洋中，含有水合物的沉积物层层堆积。其中一些被地球深埋并被地热加热，因此，尽管位于海底以下数百米，但它正处于不稳定点。

一些沉积物层是可渗透的，如果气体在气候变暖期间释放出来，就会形成复杂的地下管道，供气体通过。就像在水下拿着一个足球一样，甲烷气体由于其浮力而想要向上推，并冲破数百米的沉积层。

七次冰川期（或冰河期）和间冰期对这种复杂的地质造成了影响，在过去的几百万年里，它们反复使这个系统变暖和变冷。

作者使用的地震图像类型示例。左图：反射代表沉积地层和甲烷向上推的垂直管道，以及甲烷排入古代海洋时形成的埋藏火山口。右图：显示这些陨石坑其他例子的地图。理查德·戴维斯 (Richard Davies)，CC BY-SA甲烷正在迁移
在 2020 年的第一次封锁期间，我发现了惊人的证据，表明在过去一百万年左右的温暖时期，甲烷横向、向上和向陆地迁移到非洲，并泄漏到更浅的水域。在深达 80 米的沉积物之下，古老海底有 23 个巨大的陨石坑，每个陨石坑宽达 1 公里，深达 50 米，大到足以填满多个温布利体育场。