东沙海域浅层沉积物中碳循环过程数值模拟研究

• 作 者: 吴雪婷;
• 机 构: 中国科学院广州能源研究所
• 出 处: 2015年“海洋地质、矿山资源与环境”学术研讨会
• 发表日期: 2015年期

　　当海洋深层沉积物赋存一个甲烷库(天然气水合物、油气藏等)时,其释放的甲烷会对浅层沉积物内的碳循环过程产生重要影响。甲烷随着上升的流体或以气泡的形式向上运移,在微生物的作用下与硫酸盐发生厌氧氧化反应(anaerobic oxidation of methane, AOM),释放出的无机碳与孔隙水中的钙离子结合形成自生碳酸盐矿物。未参与反应的甲烷则继续向上运移,进入上层海水,甚至最终进入大气。本文建立了一个一维"运移—反应"模型,对东沙海域浅层沉积物中的碳循环过程进行模拟,发现本地区甲烷以气泡的形式向上运移并以166mmol/m2/yr的速率向孔隙水中溶解甲烷,相应的AOM反应速率为141 mmol/m2/yr,碳酸盐沉淀速率为34mmol /m2/yr,即AOM过程释放的溶解无机碳约有三分之一的部分以碳酸盐的形式从孔隙水中脱离,并可能在沉积物中逐渐形成碳酸盐壳层。本地区的AOM反应速率和碳酸盐沉淀速率均大大低于其他陆坡地区,造成这个结果的可能原因有(1)甲烷以气泡运移的效率远远低于流体；(2)甲烷库埋藏较深；(3)气泡淋滤过程加深了SMI埋深。本地区最终进入上层海水的甲烷通量为25 mmol/m2/yr,通过灵敏度分析发现,甲烷溶解常数(kMB)对整个碳循环过程影响最大,所以当甲烷库受到人为或环境的影响短时间内迅速释放出甲烷时,AOM反应速率大大增加,向上层海水泄漏的甲烷通量也会大大增加,从而可能对大气中的温室气体浓度产生重要影响。