應(yīng)用案例
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研究背景
海洋是全球最大的甲烷儲庫,但海洋每年向大氣釋放的甲烷僅占大氣甲烷的2%,這是因為大部分甲烷經(jīng)過海氣界面以前,已經(jīng)通過物理、化學、生物途徑被吸收轉(zhuǎn)化。在深海冷泉生態(tài)系統(tǒng)中,水合物分解以及產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生的甲烷會快速滲漏到表層沉積物中,并發(fā)生硫酸鹽驅(qū)動及金屬驅(qū)動等一系列甲烷厭氧氧化反應(yīng),除硫酸鹽外,硝酸鹽、金屬離子/金屬氧化物等環(huán)境因素也會作為甲烷的電子受體,該過程會消減超過90%海洋底層產(chǎn)生的CH4,而遷移至海水中的甲烷會被甲烷氧化菌氧化。甲烷是一種比二氧化碳溫室效應(yīng)強二十多倍的溫室氣體,是融匯海底碳循環(huán)的關(guān)鍵節(jié)點,認知海底甲烷源-匯機制是助力海洋烴類能源綠色安全開采的重要基礎(chǔ)科學支撐。
水合物分解釋放甲烷相關(guān)的源和匯
深海甲烷形成機制
深海甲烷削減機制
測試方法介紹
南方海洋科學與工程廣東實驗室(廣州)(簡稱為“南方海洋實驗室”),就海底甲烷氧化菌氧化機理等問題,使用Picarro碳同位素分析儀原位檢測技術(shù)展開研究。此次實驗通過深海采樣和構(gòu)建原位環(huán)境兩種形式進行研究。由于深海采樣受諸多因素限制,采樣量少于100mL,采用頂空法最終獲取的CH4氣體量不足20mL,這對儀器的進氣量提出的較高要求。構(gòu)建原位環(huán)境研究是通過加入一定量的同位素甲烷模擬海底甲烷泄露,探究海底突然發(fā)生甲烷泄露時,海水對甲烷的響應(yīng)機制。使用Picarro G2201-i CO2、CH4同位素分析儀,通過時間序列,對比甲烷氧化菌培養(yǎng)前后CH4和13C-CH4、CO2和13C-CO2的變化,明晰海水中微生物介導下的甲烷氧化過程。研究表明,超過600米水深中有相當數(shù)量的甲烷進入大氣環(huán)境,改變了以往研究中只有淺海甲烷才能進入大氣循環(huán)的觀點。
儀器安裝
2022年4月初,工程師對Picarro G2201-i CO2、CH4同位素分析儀進行開箱驗證與安裝測試,儀器的精度和漂移都在出廠標準范圍之內(nèi)。此次研究的樣品采氣量小于20mL,無法采用傳統(tǒng)“連續(xù)流量(大于150mL)”模式直接進行測量。而該實驗采用Picarro特有的SSIM2小樣品模塊,該模塊具有自動稀釋功能,可在小于20mL進氣量的條件下進行δ13C-CO2 /δ13C-CH4測量實驗,為實驗提供了完整的解決方案?,F(xiàn)場給相關(guān)老師進行操作培訓的同時,對樣品進行了模擬測試。該設(shè)備即將開啟南?,F(xiàn)場采樣測試,科學研究將逐步展開,讓我們共同期待南方海洋實驗室更多科研成果的發(fā)表!
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編輯:竇志鴻
審核:陸翟亞