深海冷泉是海底甲烷排放的关键通道。长期以来,由于难以直接、准确地量化声学羽流分布和原位甲烷浓度等关键参数,全球海洋甲烷预算存在显著的不确定性。
中国科学院海洋研究所研究人员,基于最新的深海原位探测与稳态模型,发现南海冷泉的甲烷排放量远超想象。这一发现为海洋温室气体源汇核算提供了重要科学依据。
研究团队利用集成甲烷传感器、溶解氧传感器、底层海流计及温盐深测量仪的多参数传感系统及同步精准取样设备,通过“发现”号水下缆控潜器(ROV)在2017、2018和2020年三个航次中,对活跃冷泉区Site F不同生境近底层海水环境场进行精细探测,克服了传统采样方法的空间代表性问题,实现了对甲烷、溶氧等关键环境参数的连续、高分辨率观测。
基于原位观测数据,研究团队建立了稳态箱式模型,量化了冷泉区甲烷的迁移转化路径。研究结果显示,活跃渗漏区的甲烷通量达到0.53mol m-2 d-1—3.23mol m-2d-1,比冷泉沉积物—水界面扩散通量高出3个数量级。这一显著差距揭示了过往研究严重低估了冷泉甲烷的排放强度。同时,模型结果显示南海海底冷泉甲烷的迁移和清除主要受水平平流控制,相比之下,垂直扩散和微生物氧化过程的贡献较小。
据此估算,南海冷泉区甲烷年排放量达0.70Gmol—4.22Gmol,若将这一结果外推至全球大陆坡活跃冷泉,则每年以溶解态形式进入水圈的甲烷相当于126Tg碳。
研究首次定量揭示了南海冷泉甲烷排放通量被严重低估的事实,并明确了水平平流在冷泉海底甲烷迁移中的主导地位。这些发现不仅革新了对深海甲烷循环机制的认识,也为全球甲烷收支评估提供了关键数据支撑。
相关研究成果发表在《创新地球科学》(The Innovation Geoscience)上。研究工作得到国家自然科学重点基金、南海冷泉科技基础资源调查专项等的支持。
供稿人:杨越
审核人:文成锋