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Jan. 02 2020

藏在海底下的「定時碳炸彈」,可能會讓暖化更加惡化

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  • 在墨西哥灣深處的海床下,藏著富含甲烷、像冰一樣的甲烷水合物(methane hydrate)。PHOTOGRAPH COURTESY NOAA OKEANOS EXPLORER PROGRAM

  • 像圖中這樣的海底熱泉附近,可能會有被冰冷的水合物封住的液態CO2蘊藏庫存在。如果水合物外表融化了,碳可能會滲入海洋中,最後再進入大氣裡。PHOTOGRAPH COURTESY NOAA PMEL EOI PROGRAM

  • 這個新發現的甲烷滲漏點含有兩種不同相態的甲烷:氣體(泡泡)和固體(水合物,甲烷被冰凍在水裡)。像這樣能在沉積物之上觀察到固體水合物的情況非常稀少,這種結構通常是被埋在沉積層之下。PHOTOGRAPH COURTESY OCEAN EXPLORATION TRUST

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藏有冰凍CO2或甲烷的水合物(hydrates),能防止其中的強力溫室氣體逸散到海洋和大氣之中。不過海洋正隨著碳排放持續升高而暖化,科學家說有些水合物周圍的海水溫度只要再升高幾度,就足以讓它們分解。

這可能會帶來非常、非常糟糕的結果。二氧化碳是最常見的溫室氣體,占總排放的四分之三,可以在大氣中滯留數幾千年。而天然氣的主要成分甲烷則不會在大氣中滯留那麼久(大概只有12年),不過從排放後20年的時間來看,甲烷對暖化的影響比CO2大至少84倍。

海洋會吸收三分之一人類所排放的二氧化碳,以及90%因溫室氣體排放增加而產生的額外熱量;它是地球上最大的碳匯(carbon sink)。如果暖化的海洋融化了水合物的包罩,海洋反而有成為大碳排放源的危險,為氣候變遷和海平面上升帶來嚴重的後果。

「如果水合物變得不穩定,真的融化了,非常大量的CO2會被釋入海洋,並最後進入大氣。」南加州大學(University of Southern California)的古海洋學家羅威爾.司多特(Lowell Stott)說。

就在發現這些深海的CO2蘊藏庫,以及發現甲烷從海岸附近冒出來時,一些重要的科學家也在2019年12月警告,地球因海洋溫度創新高而即將跨越一些氣候臨界點。

目前已經在深海中靠近海底熱泉(hydrothermal vent)的區域發現一些CO2蘊藏庫,不過這種蘊藏庫在全球的分布仍屬未知。

「你可以說它是一個研究領域的先驅,對於我們要調查出有多少這種蘊藏庫、它們的規模,以及有多容易釋出CO2到海洋裡而言,這個研究真的很重要。」司多特說:「我們先前完全低估了全球的碳總儲藏量,這點影響深遠。」

伍茲霍爾海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)的資深科學家傑弗瑞.西瓦德(Jeffrey Seewald)的研究領域,是海底熱液系統裡的地球化學,他對於水合物包合的蘊藏庫的大小有所質疑。

「我不知道它們對全球的影響有多重要,因為大多數已知的的海底熱液系統和碳的大量累積無關,雖然還有很多處等待探索,」他說:「所以在提到有很大量CO2等著被釋放出來時,我會謹慎一點。」

加拿大維多利亞大學(University of Victoria)的海底熱泉科學家芙瑞娜.湯尼克里夫(Verena Tunnicliffe)指出,所有已知的海底熱泉區中,目前有收集到資料的僅占45%,而且大部分地區不曾被詳細調查過。

臨近家園的威脅

其他科學家更加關注的是鄰近家園的潛在氣候炸彈──在大陸邊緣較淺的海底所形成的甲烷水合物。

像圖中這樣的海底熱泉附近,可能會有被冰冷的水合物封住的液態CO2蘊藏庫存在。如果水合物外表融化了,碳可能會滲入海洋中,最後再進入大氣裡。PHOTOGRAPH COURTESY NOAA PMEL EOI PROGRAM

像圖中這樣的海底熱泉附近,可能會有被冰冷的水合物封住的液態CO2蘊藏庫存在。如果水合物外表融化了,碳可能會滲入海洋中,最後再進入大氣裡。PHOTOGRAPH COURTESY NOAA PMEL EOI PROGRAM

首先,它們的數量顯然很多。例如在2016到2018年間,俄勒岡州立大學(Oregon State University)和美國國家海洋及大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration ,NOAA)利用新的聲納技術,在太平洋西北地區的美國岸邊發現1000處有甲烷滲漏出來的地點。

另一方面,在科學家最初碰巧發現甲烷蘊藏以後,從1980年代晚期到2015年之間只有找到100處甲烷滲漏地點。可能還有很多地點沒找到,以2018年為例,研究人員的調查只涵蓋從華盛頓州到北加州之間海底面積的38%。

「由於很多甲烷是儲存在大陸邊緣(continental margins)相對較淺的海裡,海洋暖化的的結果不僅會較快影響到這些區域,也可能會讓沉積物裡的甲烷水合物變得不穩定。」位在西雅圖的NOAA太平洋區海洋環境實驗室(Pacific Marine Environmental Laboratory)的資深研究科學家、海底熱泉專家戴夫.巴特菲爾德(Dave Butterfield)說。

他指出這些甲烷滲漏區,也許能構成一個比深海地底的二氧化碳蘊藏量更大的全球溫室氣體儲存庫。

「也就是說如果你破壞甲烷水合物的穩定性,那些甲烷就會注入大氣之中,然後造成更嚴重的全球暖化。」巴特菲爾德說,他參與了2003年時的一次探索,該探索在太平洋馬里亞納島弧(Mariana Arc)的海底熱液系統中,發現了一個水合物封存的液態CO2蘊藏庫。

司多特和同事今年稍早發表的一篇文章提出證據,指出在大約2萬年前,從赤道太平洋區東部的海底熱泉地下蘊藏庫釋出的二氧化碳,協助促成了上一個冰河期的終結。司多特在新的一篇文章裡指出,有地質跡象顯示,在更新世 (Pleistocene)冰河期結束的那段時間,二氧化碳是從紐西蘭附近的海底蘊藏庫釋放出來的。

過往的冰河期在結束期間出現的大氣溫度高峰,可對照到今日因溫室氣體排放導致的快速增溫。雖然海洋長久以來被懷疑是古代全球暖化的重要推手,但普遍的共識是CO2是從滯留在深海的一層海水中被釋放出來。不過司多特和其他海洋學家過去十年的研究,則將禍首指向地質因素。

「即使在未被抽樣的海底熱液系統中,含有分離的氣體或是液態CO2的部分只占很小比例,也會大大改變全球海洋中的碳儲藏量。」司多特和共同作者寫到今日的碳蘊藏庫時如此表示。

有如大海撈針

以巴特菲爾德和同事在太平洋一座海底火山找到的被水合物包覆的液態CO2蘊藏庫為例;他們算出液態CO2泡泡從該處海底冒出的比例,相當於於整個中洋脊(Mid-Ocean Ridge)所排放的二氧化碳量的0.1%。雖然看起來似乎微不足道,不過想想看那些CO2,只是從環繞地球6萬5000公里長的海底火山系統中,一個小地區冒出來的而已。

編按:中洋脊是位於全球海中張裂性板塊邊界的一系列火山結構,其中連續的山脈長達65000公里。

「這是一個很驚人的數字。」司多特說。

科學家相信這種蘊藏庫,可能是在海底下深處的火山岩漿接觸到海水,產生富含碳或甲烷的過熱流體上升到表面時所形成。當那種柱狀流遇到較冷的海水後,會形成像冰一樣的水合物,把碳或甲烷包在表層下的沉積物裡。

這個新發現的甲烷滲漏點含有兩種不同相態的甲烷:氣體(泡泡)和固體(水合物,甲烷被冰凍在水裡)。像這樣能在沉積物之上觀察到固體水合物的情況非常稀少,這種結構通常是被埋在沉積層之下。PHOTOGRAPH COURTESY OCEAN EXPLORATION TRUST

這個新發現的甲烷滲漏點含有兩種不同相態的甲烷:氣體(泡泡)和固體(水合物,甲烷被冰凍在水裡)。像這樣能在沉積物之上觀察到固體水合物的情況非常稀少,這種結構通常是被埋在沉積層之下。PHOTOGRAPH COURTESY OCEAN EXPLORATION TRUST

蘊藏庫帶來的風險則與它們的地點和深度有關。例如,據司多特表示,日本西邊沖繩海槽(Okinawa Trough)一個被水合物封存的液態CO2湖泊,在未來幾年內可能會因為海洋溫度升高而融化。不過因為那裡沒有上升流,代表在1400公尺左右深處大量釋放的這些二氧化碳,可能會讓周圍的海水酸化,而不是進入並長期停留於大氣之中。

司多特也指出要找到深海裡的CO2和甲烷蘊藏庫,無異是「大海撈針」。

不過在2019年8月發表的一篇論文裡,日本和印尼的科學家透露他們藉由分析聲納裝置產生的震動壓力波,在沖繩海槽的海底之下偵測到五個大型、先前不知道的CO2或甲烷氣體蘊藏庫。由於在海底之下震波在氣體中的行進速度比在固體中慢,研究人員可以把這些蘊藏庫找出來。資料顯示水合物封住了這些氣體。

「我們的調查區域並不寬,所以在調查區外可能會有更多蘊藏庫。」論文的共同作者、日本九州大學(Kyushu University)地球物理探測教授辻健(Takeshi Tsuji)在電子郵件裡說。  

「甲烷或CO2在這個環境中是不穩定的,因為沖繩海槽軸線上有密集的熱液活動。因此,CO2或甲烷可能會滲漏到海底(和大氣)之中。」

延伸閱讀:不只高緯度地區,兩極的暖化很快就會讓全球有感氣候暖化促進了植物成長,但也讓地球變得更「渴」

SEP. 2020

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