18日從中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所獲悉，該所副研究員王吉亮聯(lián)合英國曼徹斯特大學(xué)、貝爾法斯特女王大學(xué)及丹麥和格陵蘭地質(zhì)調(diào)查局等國際團(tuán)隊(duì)，首次揭示了甲烷水合物與氣候變化之間的全新反饋機(jī)制，為精準(zhǔn)預(yù)判極地溫室氣體釋放、厘清極區(qū)碳循環(huán)規(guī)律提供了理論基礎(chǔ)。相關(guān)成果近日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·地球科學(xué)》。

全球大陸邊緣及多年凍土區(qū)儲存著約1800吉噸的甲烷，構(gòu)成全球碳循環(huán)中最大的甲烷儲庫之一。極區(qū)天然氣水合物作為甲烷的重要“儲存載體”，其失穩(wěn)釋放與氣候變化密切相關(guān)，直接影響全球氣候穩(wěn)定，因此厘清其甲烷釋放機(jī)制，是當(dāng)前氣候研究領(lǐng)域的重要課題。

此前學(xué)界普遍認(rèn)為，隨著全球變暖或海平面下降，溫度和壓力變化會導(dǎo)致水合物發(fā)生熱力學(xué)分解，進(jìn)而釋放大量甲烷。但受限于熱傳導(dǎo)速率極低以及潛熱效應(yīng)，基于熱力學(xué)模型的估算表明，升溫引發(fā)的分解和釋放過程可能需要上千年之久，因此天然氣水合物失穩(wěn)長期被視為百年尺度上影響不大的緩慢氣候反饋過程。

此次研究中，研究團(tuán)隊(duì)依托國際大洋鉆探計(jì)劃400航次的巖心測試數(shù)據(jù)，結(jié)合三維反射地震資料，對格陵蘭西北部陸架的天然氣水合物系統(tǒng)開展了系統(tǒng)分析，成功突破了傳統(tǒng)研究的認(rèn)知局限，獲取了堅(jiān)實(shí)的實(shí)證支撐。

團(tuán)隊(duì)首次證實(shí)，在冰川消退期，融水驅(qū)動(dòng)的地下水沖刷可導(dǎo)致海洋沉積物中的甲烷水合物發(fā)生快速“溶解”(擴(kuò)散主導(dǎo))，并提出了全新的水合物失穩(wěn)機(jī)制模型：末次冰期旋回中，冰川消融形成的巨大冰下水力梯度驅(qū)動(dòng)了局部地下水的流動(dòng)，由冰川融水轉(zhuǎn)化的大量淡水向下滲透，沖刷冰下沉積物，低鹽度且甲烷未飽和的淡水直接進(jìn)入水合物穩(wěn)定帶，繞過熱壓限制，像“溫水化糖”一般快速引發(fā)水合物溶解，進(jìn)而將大量甲烷釋放入海。

研究結(jié)果顯示，這一全新機(jī)制與傳統(tǒng)熱力學(xué)分解機(jī)制存在顯著差異——融水沖刷機(jī)制的響應(yīng)極其迅速，只要溫度超過冰點(diǎn)即可啟動(dòng)，遠(yuǎn)快于需要數(shù)千年尺度的傳統(tǒng)分解釋放過程，這也意味著，極地地區(qū)由氣候變暖引發(fā)的溫室氣體釋放，可能比此前科學(xué)界預(yù)期的來得更快、更劇烈。

王吉亮表示，該研究揭示了極區(qū)冰下天然氣水合物甲烷釋放的新機(jī)制，證實(shí)水合物穩(wěn)定帶并不能完全“鎖住”甲烷，極區(qū)水合物系統(tǒng)對氣候變暖的敏感程度遠(yuǎn)超現(xiàn)有模型預(yù)測，為理解過去、現(xiàn)在及未來氣候背景下溫室氣體的動(dòng)態(tài)演化，提供了重要的科學(xué)依據(jù)。