莺歌海甲烷渗漏的生态环境效应

Marine gas seeps is a big source of methane to the ocean, and potentially to the atmosphere, though the magnitude of the fluxes and dynamics of these systems are poorly defined. For example, the ultimate capacity of aerobic methane oxidation, a process converting methane to carbon dioxide and biomass in most ocean waters, is unknown. In shallow seep fields, methane released from the seafloor is either emitted to the atmosphere directly, or dissolved into the seawater and ultimately oxidized by microbes. Thus, the biochemical conversion of methane to carbon dioxide may have a profound effect on marine primary productivity. To better constrain these variables in natural environments, studies on the characterization of methane plumes, quantification air-sea fluxes of methane and carbon dioxide, and the measurement of methane oxidation rate were proposed at Yinggehai natural seep field, one of the biggest natural seeps in China, to study the ultimate fate of spilled methane and its effect to the eco-environment.

海底天然气渗漏区是向海洋输送甲烷的一个重要来源，然而，人们对于这个甲烷输送过程的量级和机制并不清楚，特别是海洋微生物把海水中溶解甲烷转化为二氧化碳的能力及该过程对海洋生物量的影响依然有待深入研究。浅海环境由于深度浅，甲烷从海底释放出来后一部分通过海气交换释放到大气中去，一部分甲烷则有可能被微生物氧化，产生的二氧化碳可能对海洋初级生产力产生重要影响。为了更清楚解析这些过程，本研究选取我国最大的浅海海底天然气渗漏区之一的莺歌海天然气渗漏区为研究区域，确定莺歌海天然气渗漏区甲烷羽流的分布特征，定量研究甲烷和二氧化碳的海气交换通量，确定甲烷的氧化速率和甲烷转化产生的二氧化碳的量，以期系统的研究浅海环境海底渗漏甲烷的最终归宿，探讨海底甲烷渗漏过程对于海洋生态环境的影响。

本项目选取莺歌海天然气渗漏区为对象，以渗漏区甲烷的归宿为聚焦点，确定莺歌海天然气渗漏区甲烷羽流的分布特征，定量研究甲烷和二氧化碳的海气交换通量，重点关注甲烷的迁移转化过程以及产生的生态环境效应，以期深入理解浅海环境天然气渗漏区甲烷的生物地球化学循环机制。.本项目研制了海水中关键可溶性气体含量的连续测定装置和海水中溶解甲烷的提取及其同位素的样品制备装置，该两套装置的搭建将为海水中关键可溶性气体的含量测定及海水中溶解甲烷的同位素分析提供必要的技术支持，并在莺歌海甲烷渗漏区进行了试验和调研，具有两大亮点：（1）海水中溶解甲烷的提取及其同位素测定的前处理装置的设计，将传统繁杂的同位素分析方法拆分为船上样品富集、陆地实验室样品处理和检测三部分，在保证样品可靠性的前提下缩短船上样品收集的工作量，并综合考虑了不同海区溶解甲烷的浓度/同位素比范围和最新同位素质谱仪和加速质谱仪对样品的要求，实现快速高效地从调查区域获取同位素样品，加深我们对水体中甲烷的多重来源的认识；（2）将海水中关键可溶性气体含量的连续测定装置连接到激光衰荡光谱仪和测氡仪上，对莺歌海天然渗漏区表层海水和低层大气中甲烷、二氧化碳、氡的含量进行了高精度连续监测，并对其中一个渗漏口进行了连续24小时监测，研究结果表明莺歌海海域的SGD速率在1~388 cm/day，甲烷的水汽界面交换通量为5.48 ~ 5.81 × 104 mol day-1，二氧化碳的水汽界面交换通量为3.2 to 3.25 × 107 mol day-1。该研究揭示了地下水输入对莺歌海天然渗漏区生态环境的影响，填补了我国莺歌海天然渗漏区对大气中甲烷通量的贡献量的空白。