楚科奇海陆架区的甲烷来源及其对全球大气的贡献

Methane is an effective greenhouse gas and is ranked as the second largest contributor to atmospheric radiative forcing. High methane emissions have been observed in several localized studies of the Arctic Ocean shelves. We observed methane oversaturation in the water column in the Chukchi Sea, a hypothesis is presented: sediment emission is major source of methane over the Chukchi Sea, then release to the atmosphere. This study will take advantage of “R/V XueLong” to measure the methane concentration in the surface water of the Chukchi sea, calculate the flux to the global methane budget. Collect samples from the endmember of the Chukchi Sea, using the box model to distinguish the derivation of methane. Design the purge and trap device to connect the spectrograph, measure the δ13C values simultaneously, in order to confirm its biogenic source. This study is essential to the methane cycle in the Chukchi Sea and the global climate change.

甲烷是大气中重要的温室气体，在全球大气化学中起到重要作用。随着全球变暖及海水的增温，北冰洋局部海区海底的冻土层开始融化，正在向大气中释放大量的甲烷。我们在楚科奇海的初步研究，发现了楚科奇海水柱中甲烷的过饱和现象，由此推论：海底沉积物的甲烷释放是楚科奇海甲烷的主要来源，并经海气界面释放进入大气。本项目的实施，将通过“雪龙号”参加中国北极科学考察，使用自主研发的甲烷走航观测设备，观测楚科奇海表的甲烷源汇格局，计算楚科奇海对全球大气甲烷的贡献。在楚科奇海的各个端元采样、培养，通过箱式模型计算楚科奇海水体的甲烷收支，确认楚科奇海甲烷的主要来源。设计组建吹扫捕集装置，与光谱仪联用，测定水体中甲烷13C同位素，区分楚科奇海甲烷的生物成因来源。本项目的实施，将对摸清楚科奇海的甲烷循环及其对全球气候变化的贡献有重要意义。

成功组建温室气体走航观测系统一套，该系统的基于亨利定律中关于水气界面平衡的原理，结合当今最先进的光腔衰荡技术，可对表层海水溶解气体进行高精度，高分辨率和高准确度的走航观测。楚科奇海是大气中甲烷的来源，向大气释放甲烷，粗略估算，楚科奇海向大气的甲烷通量为22.17μmol m-2 d-1。表层甲烷浓度由南向北逐渐增加的趋势，到陆架破折区达到最高值，然后向加拿大海盆区逐渐降低。陆架区向海盆区的甲烷输送，每年至少有2.02×10-4 Tg CH4 yr-1的甲烷会由陆架区向输送进入加拿大海盆，说明水体的水平流动也会带动大量的甲烷由陆架区进入海盆。甲烷的高值区域，营养盐的浓度也有高值，俩者的高值区域非常重合，而且甲烷浓度与营养盐表现出很强的相关性（P<0.001）,说明甲烷的产生可能与营养盐的再生过程类似，都是由有机质的降解作为来源，表明在楚科奇海的高甲烷浓度是微生物成因，并由于跃层的存在，限制了甲烷大量向海气界面的输送。