天津
近日，中國科學院深海科學與工程研究所王吉亮副研究員聯(lián)合英國曼徹斯特大學、貝爾法斯特女王大學及丹麥和格陵蘭地質(zhì)調(diào)查局等國際團隊，在Nature Geoscience上發(fā)表最新研究成果，揭示了甲烷水合物與氣候變化之間的一種全新反饋機制。研究首次證實，在冰川消退期，融水驅(qū)動的地下水沖刷可導致海洋沉積物中的甲烷水合物發(fā)生快速“溶解”（擴散主導）。這一發(fā)現(xiàn)意味著，極地地區(qū)由氣候變暖引發(fā)的溫室氣體釋放，可能比此前科學界預期的來得更快、更劇烈。
全球大陸邊緣和多年凍土區(qū)儲藏了約1800吉噸（Gt）的甲烷，構(gòu)成全球碳循環(huán)中最大的甲烷儲庫之一。傳統(tǒng)觀點普遍認為，隨著全球變暖或海平面下降，溫度和壓力變化會導致水合物發(fā)生熱力學分解，進而釋放大量甲烷。然而，由于熱傳導速率極低以及潛熱效應，基于熱力學模型的估算表明，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)被視為一種在百年尺度上影響不大的緩慢氣候反饋過程。
研究團隊依托國際大洋鉆探計劃（IODP）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。地震剖面上清晰識別出似海底反射層（BSR）及其下伏的游離氣，表明該區(qū)域具備充足的甲烷來源。然而，在理論上應當富含甲烷的水合物穩(wěn)定帶內(nèi)，IODP鉆孔卻探測到大范圍“低甲烷、低鹽度”異常區(qū)。同時，冰川接地帶向海一側(cè)廣泛發(fā)育的海底麻坑，也印證了該區(qū)域曾發(fā)生過大規(guī)模的流體逃逸。
綜合上述證據(jù)，研究團隊提出了一種新的水合物失穩(wěn)機制模型：在末次冰期旋回中，冰川消融形成的巨大冰下水力梯度驅(qū)動了局部地下水的流動。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入水合物穩(wěn)定帶，如同“溫水化糖”一般，繞過溫度和壓力的限制，引發(fā)水合物的快速“溶解”，進而將大量甲烷釋放入海。
冰川融水沖刷釋放甲烷水合物模式圖
這一重大突破證實，水合物穩(wěn)定帶并不能完全“鎖住”甲烷。相比于需要數(shù)千年尺度的水合物分解機制，融水沖刷機制的響應極其迅速——只要溫度超過冰點即可啟動。這意味著，儲藏著巨量碳的極區(qū)水合物系統(tǒng)，對氣候變暖的敏感程度遠超現(xiàn)有模型的預測。
隨著當前格陵蘭島和南極洲冰蓋消退速度的不斷加快，冰下融水沖刷引發(fā)的水合物溶解，有望成為未來極地碳循環(huán)反饋中一條至關重要但迄今尚未被納入評估的新路徑。在預測未來極地氣候反饋時，除傳統(tǒng)的溫壓條件外，必須將高緯度地區(qū)的水文過程、盆地幾何形態(tài)及冰蓋動力學等要素一并考慮。這對于理解過去、現(xiàn)在及未來氣候背景下溫室氣體的動態(tài)演化，具有重大的科學意義。
該研究獲得國家留學基金委資助（No.202304910164）。
論文引用信息：
Wang, J., Newton, A. M. W., Huuse, M., Cox, D. R., Perez, L. F., Knutz, P. C.. Gas hydrate dissolution triggered by subglacial groundwater flushing during deglaciation. Nature Geoscience （2026）. https://www.nature.com/articles/s41561-026-01978-3
信息來源：深海所。
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