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Nature: 南极洲潜在的甲烷储层
2019-01-15   科技处  责编:王晓佳  阅读6360次
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dnf私服发布网 www.phemphat.com 古甲烷产生菌的产甲烷现象在许多地下环境中很常见,包括深海,永久冻土层和湖泊沉积物,并且由于存在合适的有机碳酶作用物和缺乏有机质降解物质促进了甲烷产生。这些生物成因甲烷气的释放在不同时间尺度上推动了全球气候的变化。地层中的甲烷气主要是热成因气(有机质深埋),同时也到了生物成因气的补充。

最近研究指出冰盖下为缺氧环境,同时也是微生物适宜生存的环境,促使产甲烷作用的进行并形成了重要的甲烷气储层。目前已经有学者研究了在北半球更新世冰层下有机质向生物成因甲烷气转化的潜能,进一步在高压低温条件下合成甲烷水合物。研究者认为南极冰层下也存在大量的沉积盆地,且这些盆地中赋存了丰富的微生物群落和有机质,依据地球物理学数据也证实了广阔的南极洲东、西部冰层下沉积盆地群的存在,沉积层厚度最大可达14000m。研究者试图评价南极洲冰层下沉积盆地的甲烷生成和释放潜能。多数盆地分布在南极洲的边缘地带,但同时也侵入到其内部达数百到数千公里,且其分布与冰溪及其支流的加速运动有关。推测的沉积物物源主要包括海洋的、冰海的以及地壳的沉积物,

研究者建立了概念模型用来解释冰盖下沉积有机质的产甲烷过程,如图1a所示,冰盖底部的冰碛层(till层)表面含有因上覆冰层溶解产生的少量氧气,一方面被硫化物萃熄(生成SO42-)消耗,另一方面被冰碛表层微生物呼吸作用消耗,从而造成冰盖下的沉积物处于缺氧环境,有机质的降解基本上也处于缺氧环境,首先是NO3-,其次是Fe()SO42-提供氧化电子受体,并最终通过歧化反应生成了CO2CH4。冰川作用开始之后,冰碛层之下沉积物与南极洲周边地区或陆相沉积物的生物地球化学剖面相似。海相硫酸盐富集带可以降解顶部150m厚的沉积层,此范围之外产甲烷作用将会有机质分解的主要作用类型。研究者计算认为从冰层形成初期,大约有210000亿吨有机碳赋存南极洲沉积盆地中,是北部冻土地带有机质赋存量的10倍,冰盖下的大量沉积有机质储层不容被忽视。

研究者通过建立数学模型得出冰盖下水合物的形成受基底温度条件控制显著,并计算了南极洲东部冰盖下的潜在甲烷水合物储量约1.31-7.28×1014m3(生物成因气),西部冰盖下的潜在甲烷储量约2×1013m3(地热活动区域的热成因气),和最近估算的北极冻土和北冰洋水合物含量在同一个数量级。随着冰川的移动和减薄,南极洲冰盖下赋存的大量甲烷气体释放将会对全球气候变化造成大的影响。

 

1 南极洲沉积物的甲烷气生成。a-概念化模型展示了南极洲海相沉积物和冰碛混合物的生物地球化学作用过程,包括了3个区域,其中区域A是甲烷生成带,区域B是硫酸盐还原甲烷带,区域C是硫酸盐氧化带。b-不同地区甲烷生成速率对比

该项研究发表于国际自然科学领域顶级期刊《Nature》上:Wadham, J.L., Arndt, S., Tulaczyk, S., Stibal, M., Tranter, M., Telling, J., Lis, G.P., Lawson, E. Ridgwell, A., Dubnick, A., Sharp, M.J., Anesio, A. M., Butler, C.E.H. Potential methane reservoirs beneath Antarctica. Nature, 2012, 488: 633-637. (译文:陶树/能源学院)

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