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天然气水合物分解和海底滑坡、气候突变事件

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太阳系引力骤然变化导致天然气水合物分解事件和海底滑坡、气候突变事件天然气水合物即可燃冰,是天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状结晶物质,因其外观像冰,遇火即燃,因此被称为“可燃冰”、“固体瓦斯”和“气冰”。天然气水合物分布于深海或陆域永久冻土中,其燃烧后仅生成少量的二氧化碳和水,污染远小于煤、石油等,且储量巨大,因此被国际公认为石油等的接替能源。可燃冰不是冰,而是一种自然存在的微观结构为笼型的化合物。可燃冰是其俗称,其外观结构看起来像冰,且遇火即可燃烧,因此,这种天然气水合物又被称为“固体瓦斯”或“气冰”。在地质历史时期,天然气水合物分解引发的海底滑坡在世界海域内广泛分布,著名的有挪威岸外Storegga滑坡、美国阿拉斯加北部Beaufort Sea陆坡滑坡、美国东海岸南卡罗来纳大陆隆上Cape Fear滑坡、巴西东北部大陆边缘的亚马逊扇、以及西地中海巴利阿里盆地中的巨浊积层等;天然气水合物分解引发的气候突变事件也多次发生,著名的有侏罗纪早托尔阶大洋缺氧事件(Early Toarcian OAE)、白垩纪阿普特阶大洋缺氧事件(Aptian OAE)、古新世•始新世极热事件(PETM),以及第四纪间冰期全球变暖等。由于天然气水合物仅在高压和低温下处于稳定状态,因此,水温升高会导致天然气水合物分解或“融化”,诱发海底滑坡。在冰期低海面时期,海水压力快速降低会导致天然气水合物失稳而分解,诱发海底滑坡。所以不论是在地质历史寒冷期由于静水压力快速降低,还是在地质历史温暖期由于底水变暖,都可能会造成天然气水合物失稳而发生分解,从而诱发海底滑坡(滑塌),释放巨量的甲烷进入大气导致全球气候剧变。天然气水合物分解引起的海底滑坡和气候突变事件,不仅可以发生在过去,也可能发生在将来,其影响都有可能是灾难性的。地质历史寒冷期是太阳系引力骤然变小引发的,地质历史温暖期是太阳系引力骤然变大引发的。所以无论是太阳系引力骤然变大还是太阳系引力骤然变小都可能会造成天然气水合物失稳而发生分解事件,诱发海底滑坡和气候突变事件。研究深时古气候的一个重要手段就是大洋钻探,科学家们从ODP 690钻孔中识别出来一次存在于大约5600万年前的一次极热事件,这次事件被称为PETM事件,这次事件是一次发生在极短时间内的二氧化碳增加、气温快速上升的事件,这次事件总共持续的时间大约是12-15万年,在这期间经历了多次二氧化碳的释放和吸收过程,整个地球升温5-6℃,同时伴随有大规模的气候变化、生物灭绝、演替和迁徙现象(正是在此过程中哺乳动物迅速崛起起来)。PETM事件的起源目前众说纷纭,不过有一种看法认为是事件之前不明原因的快速增温,使得海底的天然气水合物达到分解的阈值,导致甲烷快速释放(可能是在200年内),甲烷的释放以及快速氧化形成大量二氧化碳导致进一步快速增温。PETM事件全球增温导致全球年平均降雨量得以增加,其中中高纬度地区变得潮湿温热,而赤道附近则变得尤为干旱燥热。PETM事件除了导致气候的变化之外,还导致了生态环境发生剧烈变化。在陆地上最显眼的变化就是哺乳动物中新物种的“爆发”,这些物种包括奇蹄类、偶蹄类、啮齿类和灵长动物的快速演化,可以说,人类的出现、人类文明的发展都与这次事件关系密切(人类是灵长类,奇/偶蹄动物为人类文明的发展提供了畜力来源)。在这些哺乳动物大发展的同时,还发生了一个普遍现象:个体矮化现象,据估计在这一事件中个体重量减少了50-60%。PETM事件造成的另外一个影响就是海洋的酸化和海洋生物的大规模灭绝现象,其中最典型的就是珊瑚的大规模灭绝现象。作为对应的是,我们现在的海洋中,珊瑚也正在经历灭绝过程,目前全球大约三分之一的珊瑚已经面临灭绝,其中澳大利亚大堡礁珊瑚白化的新闻应该是最著名的,珊瑚作为25%的海洋物种的家园,珊瑚灭绝后会怎样结果不言而喻。PETM事件发生后,地球大约经历了15万年的时间来恢复到事件之前的水平。在这15万年间,地球上巨量的二氧化碳是怎么消失的呢?首先是二氧化碳的增加实质上造成了一种类似施肥的效应,让陆地上的植物和海洋中的藻类大规模繁殖,它们的光合作用消耗掉了大量的碳;其次是全球升温导致气候更加湿润,风化作用加强,岩石在风化过程中吸收掉了大量的二氧化碳。PETM事件之前不明原因的快速增温就是太阳系走出了银河系旋臂-半人马座旋臂,太阳系引力骤然变大,太阳核聚变反应增强,地球气候快速增温。

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