海洋泄漏释放的甲烷

溶解在海水中的甲烷主要来源于微生物降解(Scranton等,1978),也有一部分来源于地质源释放的产热甲烷,如海底渗漏(Suess等,1989)、海底热液活动(Welhan,1988)和海底火山活动(Etiope等)地质甲烷以泡柱或泡串的形式通过沉积物与海水的界面渗入海水,并在海水中溶解氧化,其中甲烷泡不是

甲烷在海水中的溶解度取决于海水的深度和甲烷气泡的大小(Italiano et al .,2001)。研究表明(Swinnerton et al .,1997)甲烷在海水中的溶解度在不同深度是不同的。在近海表层,溶解在海水中的甲烷相对于大气甲烷的平衡浓度处于过饱和状态,其主要来源是烃类发酵,由浮游生物和鱼类引起。当海水深度超过100m时,溶解的甲烷处于不饱和状态,这是甲烷氧化细菌氧化甲烷造成的。海底有热液和火山活动时,会产生大量甲烷,甲烷的溶解度很高。然而,当它从漏洞或弹坑中逸出时,其溶解度迅速下降(Welhen等人,1979)。可见,只有在海底出现相当大的泄漏时,甲烷才能通过海底泄漏或喷射不断输入海水。在高强度泄漏口,甲烷甚至以游离气体的形式大量输入海水,其中未溶解和消耗的甲烷以气泡柱或气泡串的形式上升到海面,逃逸并释放到大气中(Etiope et al .,2002a)。

Italiano等人(2001)模拟计算了甲烷气泡以气泡柱或气泡串的形式通过海水上升到海面并逃逸到大气中的条件。这一过程是甲烷气泡在海水中的溶解速率、气泡从海面进入大气的速率和气泡在海水中上升时由于静水压力降低而导致的气泡速度增加之间平衡的结果。影响这一过程的因素有海水深度、气泡大小、气泡柱周围的甲烷溶解度、海水温度和流体运动(Etiope等人,2002年)。当甲烷气泡半径为0.05 ~ 3 cm,上升速度为10 ~ 40 cm/s时,如果泄漏区水深小于20m,泄漏的甲烷几乎都能进入大气。当泄漏区域水深为50m时,只有50%半径大于5mm的气泡能从海水中逸出并释放到大气中(Italiano et al .,2001)。

根据海底渗漏释放甲烷通量的一些研究(表3.3)(Judd et al .,1997),对英国部分地区海洋地质释放的甲烷进行了调查和估算。认为海洋泄漏源的甲烷释放通量一般在1 ~ 104 t/a的数量级,大部分小于100 t/a,在调查面积为105km2的海洋泄漏区,甲烷释放量在103 ~ 106t/a的数量级;推测整个英国海洋渗漏的甲烷排放通量为0.12 ~ 3.5 TG/a (Judd等,1997)。Simpson等人(1999)估计北欧活动中海洋泄漏的甲烷释放通量为10000 t/a..根据目前的调查统计,假设海洋渗漏释放到大气中的甲烷通量为5 ~ 40g/m2/a,则全球海洋渗漏释放的甲烷为8 ~ 65tg/a (Hovland et al .,1993)或18 ~ 48tg/a (Hornafius et al .,18)。这些数据的不确定性主要是由全球海洋渗漏面积的不确定性造成的(Judd et al .,1997)。

表3.3海底泄漏释放的甲烷通量