【摘要】：甲烷是大氣中僅次于二氧化碳第二重要的溫室氣體。自工業(yè)時代以來,大氣甲烷含量急劇上升,全球變暖已成為當(dāng)今世界面臨的重大環(huán)境問題之一。作為全球變暖最敏感的地區(qū),過去幾十年來,北極近地表大氣溫度平均升高了大于3℃,是全球平均增溫幅度的兩倍。北極海域,特別是陸架區(qū)(如凍土帶、海底天然氣水合物)含有巨量的甲烷,這些甲烷在北極氣候變化過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。北極氣候變暖會加速凍土的融化和海底天然氣水合物的分解,同時陸地河流流量的增加也會將更多的溶解或顆粒有機質(zhì)輸送至北冰洋,為產(chǎn)甲烷微生物的代謝提供營養(yǎng)。這些過程會顯著改變北極大氣中的甲烷含量,同時又對氣候變暖形成強烈的正反饋。因此,研究北極海水中溶解甲烷的分布及其生物地球化學(xué)過程十分必要。本文選取調(diào)查程度很低的加拿大北極亞北極海域作為研究區(qū),開展了以下三方面研究:(1)基于頂空法和高精度的氣相色譜儀調(diào)查了研究區(qū)大氣和海水中甲烷的含量與分布特征,討論了甲烷的潛在來源并估計了海氣甲烷通量;(2)通過暗室培養(yǎng)法測定了巴芬灣西部陸架區(qū)下層海水中甲烷的凈消耗速率;(3)利用太陽光模擬器觀測了研究區(qū)表層水體中可溶有機質(zhì)和海洋中幾種常見有機化合物的甲烷光致生成作用。主要結(jié)論如下:一、表層海水中的甲烷:大部分區(qū)域的表層海水存在不同程度的甲烷過飽和現(xiàn)象,飽和程度最高可達539%。甲烷過飽和現(xiàn)象主要分布于加拿大北極群島內(nèi)部分海冰覆蓋區(qū)、拉布拉多海西部陸架區(qū)、麥肯齊河羽流區(qū)和戴維斯海峽西部陸架區(qū)。而遠離陸架的盆地中部,表層甲烷含量趨于大氣平衡甲烷濃度。海冰中鹵水通道內(nèi)有機質(zhì)的降解、陸地河流的甲烷輸入、原位甲烷生成作用以及海底甲烷泄漏可能是表層海水中過量甲烷的來源。相比歐亞大陸邊緣海的淺水陸架區(qū),加拿大北極亞北極海域并非北極大氣甲烷的主要來源。加拿大北極群島內(nèi)多年海冰覆蓋區(qū)可能是季節(jié)性的甲烷源。二、下層海水中的甲烷:在楚科奇海東北部陸架區(qū),高濃度的甲烷集中分布于BSW水團中,最高含量可達30.71 nmol/L。甲烷很有可能來源于楚科奇海北部陸架區(qū)海底沉積物中有機質(zhì)的降解。甲烷被密度躍層限制在BSW水團中并隨著洋流沿巴羅峽谷輸送至加拿大盆地,導(dǎo)致了巴羅峽谷內(nèi)甲烷含量的空間分布差異。在波弗特海東南部,高濃度的甲烷呈羽流狀分布于陸架坡折以內(nèi),而加拿大盆地和帕里海峽西部海水中甲烷的垂向分布則以下表層含量最大為特征,帕里海峽東部海水中甲烷含量較低且垂向分布差異不明顯。過量的甲烷主要分布于PSW水團中,可能是細菌利用DMSP進行新陳代謝的副產(chǎn)物,但并非甲烷的唯一來源,還可能存在其他潛在的甲烷生成途徑,如DMS和DMSO的脫甲基作用、海冰中的無氧鹵水通道或者有機質(zhì)的光降解等。在巴芬灣西部陸架的斯科特峽灣口附近發(fā)現(xiàn)海底沉積物中存在甲烷泄漏現(xiàn)象,泄漏區(qū)附近水體中的甲烷含量最高可達280.25nmol/L,泄漏的甲烷很有可能來源于深部的油氣藏。同時,在泄漏區(qū)以南的陸架區(qū)下層鹽度為33—34‰的水體中也發(fā)現(xiàn)了多處高濃度的甲烷聚集,可能與泄漏區(qū)高濃度的甲烷在巴芬島洋流的作用下向南輸送有關(guān)。此外,戴維斯海峽西部陸架也是潛在的甲烷泄漏區(qū)。在拉布拉多海西部的峽灣內(nèi),陸地河流的甲烷輸入可能是表層過量甲烷的主要來源。三、甲烷凈消耗速率:巴芬灣西部陸架區(qū)下層海水中甲烷的凈消耗速率很低,平均凈消耗速率常數(shù)為0.00782 d-1,平均周轉(zhuǎn)時間為128天,間接的證實了斯科特峽灣口附近的海底甲烷泄漏可能是導(dǎo)致整個巴芬灣和拉布拉多海西部陸架區(qū)下層水體甲烷異常的原因。四、甲烷光致生成作用:北極亞北極海域表層海水中可溶有機質(zhì)和DMS在光照條件下能產(chǎn)生甲烷。甲烷的產(chǎn)量和生成速率取決于可光降解物質(zhì)的光照時長和濃度,同時還可能受海水溫度和鹽度的影響。
[Abstract]:Methane is the second most important greenhouse gas in the atmosphere next to carbon dioxide. Since the industrial era, the content of methane has risen sharply, and global warming has become one of the major environmental problems facing the world today. As the most sensitive area of global warming, the Arctic's near-surface atmospheric temperature has increased by more than 3 鈩，

本文編號：2442918