甲烷作為一種清潔能源和重要的化工原料，是人們日常所用天然氣的主要成分，深受人們的青睞。然而，當這種氣體大量釋放到空氣中引起的溫室效應，會(huì )對地球的生態(tài)環(huán)境造成不良影響，這又引起人們的擔憂(yōu)。甲烷排放過(guò)程在自然界中普遍存在，目前大氣甲烷濃度正以每年0.5—1%的速度增長(cháng)。

海底具有全球最大的甲烷庫存，主要以天然氣、天然氣水合物、石油、淺層氣等形式被牢牢封存于沉積物中。然而總會(huì )有一些“頑固”的甲烷分子，試圖逃脫海洋系統（沉積物、海水、微生物等）的層層束縛，逃逸到大氣層中，造成全球氣溫上升、冰川融化、海平面升高等一系列不良影響。為防止它們大規?！霸姜z”，海洋系統為此設置了沉積物和水圈兩道防線(xiàn)。

第一道防線(xiàn)——沉積物分布大量“獄警”

海底沉積物可以作為致密的“城墻”儲存各種形式的甲烷，也可以成為阻止甲烷分子向上逃逸的第一道防線(xiàn)。在沉積物這道防線(xiàn)中，密密麻麻分布著(zhù)大量的“獄警”——微生物大軍，時(shí)刻巡邏監視。這些微生物大軍的統帥是甲烷厭氧氧化古菌。這類(lèi)古菌有三大家族，在沉積物中各顯其能，聯(lián)合硫酸根還原菌、鐵錳還原菌、硝酸根還原菌等各路“人馬”，共同消滅試圖逃逸的甲烷分子。

在微生物大軍的圍追堵截下，試圖逃逸的甲烷分子約有80—90%會(huì )被微生物消滅。當然，在一些沉積物地層裂縫中，由于試圖逃逸的甲烷通量過(guò)大，微生物來(lái)不及消滅，會(huì )有一小部分甲烷分子成功突破第一道防線(xiàn)，逃逸到海水環(huán)境中。據估計，這些沉積物中的微生物大軍，每年可以消滅掉約3.42億噸的甲烷分子，另外約有40—1220萬(wàn)噸甲烷分子能越過(guò)沉積物防線(xiàn)逃逸到海水中。

第二道防線(xiàn)——水圈的保護作用

對于那些成功突破海底沉積物這一防線(xiàn)的甲烷分子來(lái)說(shuō)，就算“越獄”成功還要突破第二道防線(xiàn)——水圈。從海底沉積物逃逸出來(lái)的甲烷分子，能否順利到達海面進(jìn)而進(jìn)入大氣層，會(huì )受到很多因素的影響，包括海水深度、海水溫度、水體環(huán)流運動(dòng)、甲烷上升速率、甲烷溶解速率、甲烷氧化作用等。

逃到海水中的甲烷首先會(huì )給自己穿一件“防護衣”，即在氣泡表面形成一層甲烷水合物膜。這件“防護衣”能夠保護它們不會(huì )被海水溶解。然而，在甲烷氣泡不斷上升的過(guò)程中，由于壓力減小、氣泡體積變大，“防護衣”被逐漸撐破，因而甲烷只能溶解到海水中。

這時(shí)，微生物大軍又開(kāi)始不斷進(jìn)攻這些逃逸的甲烷分子。由于海水環(huán)境中含有氧氣，甲烷厭氧古菌難以進(jìn)入該領(lǐng)地，現在的“統帥”則變成了甲烷有氧氧化細菌。甲烷有氧氧化細菌也是個(gè)大家族，能夠利用不同的代謝途徑消滅甲烷。

觀(guān)測研究結果表明，在超過(guò)600米的深海水域中逃逸的甲烷幾乎難逃被消滅的命運，但在不超過(guò)50米的淺水域的甲烷滲漏區，由于海水水層較薄，這里的甲烷分子能夠較輕易地逃脫海水的束縛，順利進(jìn)入大氣中，即使海洋具有全球最大的面積占比和甲烷庫存，但是依托于沉積物和水圈這兩道防線(xiàn)的防護作用，成功逃逸到大氣層中的甲烷微乎其微。

海底沉積物中蘊藏著(zhù)大量的甲烷資源，具有良好的開(kāi)發(fā)利用前景。天然氣水合物作為甲烷存在的主要形式之一，被認為是“21世紀最具開(kāi)發(fā)潛力的新型清潔能源”，其儲量是全球煤、石油和天然氣總量的兩倍。然而，天然氣水合物開(kāi)發(fā)所引起的甲烷泄漏等環(huán)境危害，是科學(xué)家乃至社會(huì )各界普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。我國兩次海域天然氣水合物試采已成功證明了甲烷泄漏的可控性，但在未來(lái)大規模商業(yè)開(kāi)采過(guò)程中，如何更好地利用海洋系統中的天然防線(xiàn)，加強科技創(chuàng )新和工程技術(shù)攻關(guān)，有效防止甲烷分子“越獄”到大氣層，仍任重道遠。

（作者系廣州海洋地質(zhì)調查局工程師）

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