南海冷泉区甲烷渗漏过程的原位观测研究

【摘要】：天然气水合物对全球变暖的响应及其反馈作用是当前全球变化研究中最为紧迫的课题之一。作为海底水合物的储存标志及其分解释放甲烷的重要途径，海底冷泉活动及其伴随的甲烷渗漏，不仅引发了复杂的海洋生物地球化学循环和生态过程，而且在全球碳循环和气候效应研究中占重要地位。我国南海是重要的水合物资源远景区，但是，因长期受深海探测技术条件的限制，对与冷泉活动有关的甲烷渗漏及其生态环境效应的研究才刚刚起步，而基于海底长期原位观测技术的冷泉活动及甲烷渗漏时序变化规律的深入研究也未全面开展。 本文基于深海海底边界层原位监测系统（Benvir），对南海海底冷泉活动区近海底边界层进行了多参数原位观测，获取了CH_4、CO_2、海流、温度、盐度、压力、浊度等参数的长时间序列变化数据，并开展了相关研究。研究表明： （1）南海神狐海域海底存在高浓度的渗漏甲烷，甲烷浓度范围为3.8μmol/L～4.2μmol/L，是海水背景值和上覆水柱甲烷浓度的300～1000倍，这可能是我国南海海底冷泉活动的直接证据。 （2）在日潮周期内,海底压力变化可能直接导致海底甲烷渗漏强度变化，也可能通过控制海流运动，进而影响底层水甲烷输运来控制底层水甲烷浓度变化。而温度变化对海底下甲烷渗漏强度的影响不大。 （3）研究区渗漏甲烷的物理运移方式以水平方向海流的平移运输作用为主，垂直方向的平移输送只占12%左右。 （4）海底渗漏甲烷在平流输运中同时受到湍流扩散和化学转移的影响，最终在湍流扩散或生物化学作用下，甲烷浓度特征变得模糊。 【关键词】：冷泉 甲烷渗漏 原位观测 海底边界层 南海北部陆坡
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 前言10-22
• 1.1 研究意义10
• 1.2 国内外海底冷泉研究进展10-20
• 1.2.1 海底冷泉的来源与分布10-11
• 1.2.2 海底冷泉研究方法11-16
• 1.2.3 海底冷泉活动研究进展16-20
• 1.3 本研究概况20-22
• 2 研究区概况22-26
• 2.1 区域地质背景22-24
• 2.2 海洋水文条件24-26
• 3 研究方法26-37
• 3.1 研究材料26-31
• 3.1.1 系统框架26-28
• 3.1.2 传感器组合28
• 3.1.3 通讯及控制系统28-30
• 3.1.4 投放与回收30
• 3.1.5 海上试验30-31
• 3.2 技术路线31-37
• 3.2.1 施工前的准备31-33
• 3.2.2 近海底定点观测与数据采集情况33-37
• 4 数据处理方法及质量评估37-44
• 4.1 数据处理方法37-40
• 4.1.1 物理参数37-39
• 4.1.2 化学参数39-40
• 4.2 观测数据质量评估40-44
• 4.2.1 物理参数41-42
• 4.2.2 化学参数42-44
• 5 观测结果及分析44-50
• 5.1 近海底海水的物理参数与时序变化特征44-48
• 5.1.1 温度、盐度、压力（深度）44-45
• 5.1.2 海流45-48
• 5.1.3 浊度48
• 5.2 近海底海水的地球化学参数及时序变化特征48-50
• 5.2.1 甲烷浓度48-49
• 5.2.2 二氧化碳浓度49-50
• 6 问题讨论50-60
• 6.1 南海冷泉活动与甲烷渗漏特征50-52
• 6.2 海底甲烷渗漏的影响制约因素52-57
• 6.2.1 渗漏甲烷在近海底边界层中的运移与扩散53-54
• 6.2.2 海底甲烷渗漏的物理制约54-57
• 6.3 甲烷浓度变化对近海底生物地球化学过程的指示意义57-60
• 6.3.1 CH_4与CO_2浓度的协变关系58
• 6.3.2 CH_4、CO_2与温度压力的协变关系58-60
• 7 结论60-61
• 参考文献61-68
• 致谢68-69
• 个人简历69
• 发表的学术论文69-70

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