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世界各地海洋里甲烷和CO2以结冰状态贮存 海底“定时碳炸弹”可能会让暖化更加恶化

在墨西哥湾深处的海床下,藏着富含甲烷、像冰一样的甲烷水合物(methane hydrate)。 PHOTOGRAPH COURTESY NOAA OKEANOS

在墨西哥湾深处的海床下,藏着富含甲烷、像冰一样的甲烷水合物(methane hydrate)。 PHOTOGRAPH COURTESY NOAA OKEANOS EXPLORER PROGRAM

像图中这样的海底热泉附近,可能会有被冰冷的水合物封住的液态CO2蕴藏库存在。 如果水合物外表融化了,碳可能会渗入海洋中,最后再进入大气里。 PHOTOGRAPH

像图中这样的海底热泉附近,可能会有被冰冷的水合物封住的液态CO2蕴藏库存在。 如果水合物外表融化了,碳可能会渗入海洋中,最后再进入大气里。 PHOTOGRAPH COURTESY NOAA PMEL EOI PROGRAM

这个新发现的甲烷渗漏点含有两种不同相态的甲烷:气体(泡泡)和固体(水合物,甲烷被冰冻在水里)。 像这样能在沉积物之上观察到固体水合物的情况非常稀少,这种结构通常

这个新发现的甲烷渗漏点含有两种不同相态的甲烷:气体(泡泡)和固体(水合物,甲烷被冰冻在水里)。 像这样能在沉积物之上观察到固体水合物的情况非常稀少,这种结构通常是被埋在沉积层之下。 PHOTOGRAPH COURTESY OCEAN EXPLORATION TRUST

(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:TODD WOODY 编译:蔡雅铃):在世界各地的海洋里,甲烷和CO2以一种奇特的结冰状态贮存着。 而随着海水暖化,一颗碳的定时炸弹正在滴答作响。

科学家找到了隐藏的气候定时炸弹:散布在地球各地海底之下,含有二氧化碳和甲烷的巨大贮藏库。

而且引信已经点燃了。

藏有冰冻CO2或甲烷的水合物(hydrates),能防止其中的强力温室气体逸散到海洋和大气之中。 不过海洋正随着碳排放持续升高而暖化,科学家说有些水合物周围的海水温度只要再升高几度,就足以让它们分解。

这可能会带来非常、非常糟糕的结果。 二氧化碳是最常见的温室气体,占总排放的四分之三,可以在大气中滞留数几千年。 而天然气的主要成分甲烷则不会在大气中滞留那么久(大概只有12年),不过从排放后20年的时间来看,甲烷对暖化的影响比CO2大至少84倍。

海洋会吸收三分之一人类所排放的二氧化碳,以及90%因温室气体排放增加而产生的额外热量;它是地球上最大的碳汇(carbon sink)。 如果暖化的海洋融化了水合物的包罩,海洋反而有成为大碳排放源的危险,为气候变迁和海平面上升带来严重的后果。

「如果水合物变得不稳定,真的融化了,非常大量的CO2会被释入海洋,并最后进入大气。 」南加州大学(University of Southern California)的古海洋学家罗威尔. 司多特(Lowell Stott)说。

就在发现这些深海的CO2蕴藏库,以及发现甲烷从海岸附近冒出来时,一些重要的科学家也在2019年12月警告,地球因海洋温度创新高而即将跨越一些气候临界点。

目前已经在深海中靠近海底热泉(hydrothermal vent)的区域发现一些CO2蕴藏库,不过这种蕴藏库在全球的分布仍属未知。

「你可以说它是一个研究领域的先驱,对于我们要调查出有多少这种蕴藏库、它们的规模,以及有多容易释出CO2到海洋里而言,这个研究真的很重要。 」司多特说:「我们先前完全低估了全球的碳总储藏量,这点影响深远。 」

伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)的资深科学家杰弗瑞. 西瓦德(Jeffrey Seewald)的研究领域,是海底热液系统里的地球化学,他对于水合物包合的蕴藏库的大小有所质疑。

「我不知道它们对全球的影响有多重要,因为大多数已知的的海底热液系统和碳的大量累积无关,虽然还有很多处等待探索,」他说:「所以在提到有很大量CO2等着被释放出来时,我会谨慎一点。 」

加拿大维多利亚大学(University of Victoria)的海底热泉科学家芙瑞娜. 汤尼克里夫(Verena Tunnicliffe)指出,所有已知的海底热泉区中,目前有收集到数据的仅占45%,而且大部分地区不曾被详细调查过。

临近家园的威胁

其他科学家更加关注的是邻近家园的潜在气候炸弹──在大陆边缘较浅的海底所形成的甲烷水合物。

首先,它们的数量显然很多。 例如在2016到2018年间,俄勒冈州立大学(Oregon State University)和美国国家海洋及大气总署(National Oceanic and Atmospheric Administration , NOAA)利用新的声纳技术,在太平洋西北地区的美国岸边发现1000处有甲烷渗漏出来的地点。

另一方面,在科学家最初碰巧发现甲烷蕴藏以后,从1980年代晚期到2015年之间只有找到100处甲烷渗漏地点。 可能还有很多地点没找到,以2018年为例,研究人员的调查只涵盖从华盛顿州到北加州之间海底面积的38%。

「由于很多甲烷是储存在大陆边缘(continental margins)相对较浅的海里,海洋暖化的的结果不仅会较快影响到这些区域,也可能会让沉积物里的甲烷水合物变得不稳定。 」位在西雅图的NOAA太平洋区海洋环境实验室(Pacific Marine Environmental Laboratory)的资深研究科学家、海底热泉专家戴夫. 巴特菲尔德(Dave Butterfield)说。

他指出这些甲烷渗漏区,也许能构成一个比深海地底的二氧化碳蕴藏量更大的全球温室气体储存库。

「也就是说如果你破坏甲烷水合物的稳定性,那些甲烷就会注入大气之中,然后造成更严重的全球暖化。 」巴特菲尔德说,他参与了2003年时的一次探索,该探索在太平洋马里亚纳岛弧(Mariana Arc)的海底热液系统中,发现了一个水合物封存的液态CO2蕴藏库。

司多特和同事今年稍早发表的一篇文章提出证据,指出在大约2万年前,从赤道太平洋区东部的海底热泉地下蕴藏库释出的二氧化碳,协助促成了上一个冰河期的终结。 司多特在新的一篇文章里指出,有地质迹象显示,在更新世 (Pleistocene)冰河期结束的那段时间,二氧化碳是从纽西兰附近的海底蕴藏库释放出来的。

过往的冰河期在结束期间出现的大气温度高峰,可对照到今日因温室气体排放导致的快速增温。 虽然海洋长久以来被怀疑是古代全球暖化的重要推手,但普遍的共识是CO2是从滞留在深海的一层海水中被释放出来。 不过司多特和其他海洋学家过去十年的研究,则将祸首指向地质因素。

「即使在未被抽样的海底热液系统中,含有分离的气体或是液态CO2的部分只占很小比例,也会大大改变全球海洋中的碳储藏量。 」司多特和共同作者写到今日的碳蕴藏库时如此表示。

有如大海捞针

以巴特菲尔德和同事在太平洋一座海底火山找到的被水合物包覆的液态CO2蕴藏库为例;他们算出液态CO2泡泡从该处海底冒出的比例,相当于于整个中洋脊(Mid-Ocean Ridge)所排放的二氧化碳量的0.1%。 虽然看起来似乎微不足道,不过想想看那些CO2,只是从环绕地球6万5000公里长的海底火山系统中,一个小地区冒出来的而已。

编按:中洋脊是位于全球海中张裂性板块边界的一系列火山结构,其中连续的山脉长达6万5000公里。

「这是一个很惊人的数字。 」司多特说。

科学家相信这种蕴藏库,可能是在海底下深处的火山岩浆接触到海水,产生富含碳或甲烷的过热流体上升到表面时所形成。 当那种柱状流遇到较冷的海水后,会形成像冰一样的水合物,把碳或甲烷包在表层下的沉积物里。


蕴藏库带来的风险则与它们的地点和深度有关。 例如,据司多特表示,日本西边冲绳海槽(Okinawa Trough)一个被水合物封存的液态CO2湖泊,在未来几年内可能会因为海洋温度升高而融化。 不过因为那里没有上升流,代表在1400公尺左右深处大量释放的这些二氧化碳,可能会让周围的海水酸化,而不是进入并长期停留于大气之中。

司多特也指出要找到深海里的CO2和甲烷蕴藏库,无异是「大海捞针」。

不过在2019年8月发表的一篇论文里,日本和印度尼西亚的科学家透露他们藉由分析声纳装置产生的震动压力波,在冲绳海槽的海底之下侦测到五个大型、先前不知道的CO2或甲烷气体蕴藏库。 由于在海底之下震波在气体中的行进速度比在固体中慢,研究人员可以把这些蕴藏库找出来。 数据显示水合物封住了这些气体。

「我们的调查区域并不宽,所以在调查区外可能会有更多蕴藏库。 」论文的共同作者、日本九州岛大学(Kyushu University)地球物理探测教授辻健(Takeshi Tsuji)在电子邮件里说。  

「甲烷或CO2在这个环境中是不稳定的,因为冲绳海槽轴在线有密集的热液活动。 因此,CO2或甲烷可能会渗漏到海底(和大气)之中。 」




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