海底甲烷的逃生路线：冻结层的令人费解的泄漏解释

一项新的研究有助于解释甲烷气体柱子如何以及为什么从称为甲烷水合物的海底地层流出的柱子。

冻结层的泄漏是一个难题，但新的研究表明了有效的温室气体如何通过冰冷的障碍突破。

甲烷是天然气的主要成分，是所有化石燃料的最干净燃烧，但在大气中时，它是一种比二氧化碳更有效的温室气体。通过一些估计，沿着大陆边缘的冷冻地层中包含的海底甲烷可以等于或超过全球所有其他水库中的煤炭，油和天然气的总量。然而，甲烷从这些深层形成的方式被理解得很差。

特别是，科学家面临着难题。世界各地的观测结果表明，在某些地方，这些地层的甲烷气体较大的巨大柱，但这些深海环境的高压和低温应该产生一个坚固的冷冻层，预计将作为一种绞盘，防止逃逸的气体。那么天然气如何出来？

一项新的研究有助于解释气体柱子如何以及为何流出这些结构，称为甲烷水合物。使用深海观测，实验室实验和计算机建模的组合，研究人员已经发现了解释和预测气体突破水和甲烷的冷冻混合物的冰冷夹的现象。目前在PNA期刊上报道了调查结果，在萧靖（Ruby）Fu Sm'15，Phd'17，伯克利加州大学;鲁宾教授在麻省理工学院;和瑞士，西班牙，新墨西哥和加利福尼亚州的五个其他人。

令人惊讶的是，冷冻水合物形成不能防止甲烷气体逃到海洋柱，但在某些情况下它实际上促进了逃脱。

早期，傅看到了甲烷羽毛的照片和视频，从墨西哥湾的NOAA研究船上取出，揭示了海底泡沫形成的过程。很明显，气泡本身通常用周围的冷冻地壳形成，并将用冰冷的贝壳向上漂浮，如小氦气气球。

后来，傅使用了声纳从弗吉尼亚州海岸的研究船上检测类似的泡沫羽毛。“这个巡航单独检测了数千个这些羽毛，”傅说，在MIT的研究生和Postdoc的同时领导了研究项目。“我们可以遵循水合物壳将这些甲烷气泡进入水柱，”她说。“这是我们第一次知道这些气体界面上的水合物可能是一个非常常见的发生。”

但正是在海底下面发生了什么，以触发这些气泡的释放仍然未知。通过一系列实验室实验和模拟，工作的机制逐渐变得明显。

这些排气区域的海底地下表面的地震研究显示了一系列相对窄的导管或烟囱，气体逸出。但是，来自这些相同的地层的块气水合物的存在使得富华的固体水合物和气态甲烷可以共存。为了模拟实验室的条件，研究人员使用了一个小的二维设置，在高压下在两块玻璃板之间夹在一层水中的气泡。

由于气体试图通过海底升起，如果它在击中冷海水时形成水合物层，那么应该阻止其进步：“它跑到墙上。那么墙上的墙怎么没有阻止它持续迁移？“使用微流体实验，它们在工作中发现了先前未知的现象，它们被称为地壳术。

如果气泡开始膨胀，“我们所看到的是，气体的扩张能够产生足够的压力以基本上破裂水合物壳。而且它几乎就像它在自己的壳中孵化出来，“傅说。但是，由于改革水合物，沿着上升气泡的侧面发生水合物形成，而不是每次冻结重新冻结，而是在向上移动时产生围绕气泡的管。“这几乎就像气泡能够凿出自己的道路，而那条道路被水合物固体围绕着，”她说。他们在实验室中观察到的这种现象，他们的分析表明，也是在海底的大规模中发生的情况。

她说，“观察，”真的是我们第一次意识到这样的现象，可以解释水合物形成如何不会抑制气体流动，而是在这种情况下，它会促进它，“通过提供导管”通过提供导管“并指导流程。如果没有这种聚焦，气体流动将更漫长并展开。

作为水合物形式的外壳，它会使更多水合物的形成减慢，因为它在气体和海水之间形成屏障。因此，屏障下方的甲烷可以长时间持续到其未冷冻的气态形状。这两种现象的组合 - 水合物壁通道的聚焦效果和水合物层中甲烷气体的偏析 - “对解释为什么您可以拥有一些剧烈通风的原因，感谢水合物形成，而不是被其预防，“Juanes说。

更好地理解该过程可以有助于预测将找到此类甲烷渗漏以及环境条件的变化可能会影响这些渗漏的分布和输出。虽然有建议，温暖的气候可能会增加这种通风的速度，但傅说，到目前为止还有很少的证据。她指出，这些地层发生的深度 - 600米（1,900英尺）深刻或更深的温度 - 预计将经历比触发冷冻气体的广泛释放所需的温度升高。

一些研究人员表明，这些巨大的海底甲烷形成可能有一天能够用于能源生产。胡安斯说，虽然会有很大的技术障碍，但是，这些发现可能有助于评估可能性。

“气体如何通过水合物稳定区移动，在那里我们希望通过转换为水合物来固定的气体，而不是完全明白，仍然没有完全理解，仍然没有完全理解。”德克萨斯大学奥斯汀大学的石油和地铁工程与本研究无关。“这项工作提出了一种可能的新机制，可以合理地允许发生这种过程，并且很好地将以前的实验室观察整合在更大的规模上。”

“在实际意义上，这里的工作以小规模占据了现象，并允许我们在仅考虑更大尺度的模型中使用它，并且将在将来的工作中实施非常有用，”Daigle说。

研究团队包括Joaquin Jimenez-Martinez，瑞士联邦水生科技学院;比洛杉矶阿拉莫斯国家实验室在洛里纳，威廉凯莉和哈里维桑瓦萨斯翁马德里技术大学的Luis Cueto-Felgueroso。这项工作得到了美国能源部的支持。