应用案例
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研究背景
海洋是全球最大的甲烷储库,但海洋每年向大气释放的甲烷仅占大气甲烷的2%,这是因为大部分甲烷经过海气界面以前,已经通过物理、化学、生物途径被吸收转化。在深海冷泉生态系统中,水合物分解以及产甲烷菌产生的甲烷会快速渗漏到表层沉积物中,并发生硫酸盐驱动及金属驱动等一系列甲烷厌氧氧化反应,除硫酸盐外,硝酸盐、金属离子/金属氧化物等环境因素也会作为甲烷的电子受体,该过程会消减超过90%海洋底层产生的CH4,而迁移至海水中的甲烷会被甲烷氧化菌氧化。甲烷是一种比二氧化碳温室效应强二十多倍的温室气体,是融汇海底碳循环的关键节点,认知海底甲烷源-汇机制是助力海洋烃类能源绿色安全开采的重要基础科学支撑。
水合物分解释放甲烷相关的源和汇
深海甲烷形成机制
深海甲烷削减机制
测试方法介绍
南方海洋科学与工程广东实验室(广州)(简称为“南方海洋实验室”),就海底甲烷氧化菌氧化机理等问题,使用Picarro碳同位素分析仪原位检测技术展开研究。此次实验通过深海采样和构建原位环境两种形式进行研究。由于深海采样受诸多因素限制,采样量少于100mL,采用顶空法最终获取的CH4气体量不足20mL,这对仪器的进气量提出的较高要求。构建原位环境研究是通过加入一定量的同位素甲烷模拟海底甲烷泄露,探究海底突然发生甲烷泄露时,海水对甲烷的响应机制。使用Picarro G2201-i CO2、CH4同位素分析仪,通过时间序列,对比甲烷氧化菌培养前后CH4和13C-CH4、CO2和13C-CO2的变化,明晰海水中微生物介导下的甲烷氧化过程。研究表明,超过600米水深中有相当数量的甲烷进入大气环境,改变了以往研究中只有浅海甲烷才能进入大气循环的观点。
仪器安装
2022年4月初,工程师对Picarro G2201-i CO2、CH4同位素分析仪进行开箱验证与安装测试,仪器的精度和漂移都在出厂标准范围之内。此次研究的样品采气量小于20mL,无法采用传统“连续流量(大于150mL)”模式直接进行测量。而该实验采用Picarro特有的SSIM2小样品模块,该模块具有自动稀释功能,可在小于20mL进气量的条件下进行δ13C-CO2 /δ13C-CH4测量实验,为实验提供了完整的解决方案。现场给相关老师进行操作培训的同时,对样品进行了模拟测试。该设备即将开启南海现场采样测试,科学研究将逐步展开,让我们共同期待南方海洋实验室更多科研成果的发表!
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编辑:窦志鸿
审核:陆翟亚