实习生 彭美茜 中青报·中青网记者 张茜
你见过“冰火共舞”吗?
前不久,北京科学中心在举办世界海洋日特别活动时,就呈现了这样的一幕。中国地质调查局青岛海洋地质研究所的正高级工程师孟庆国,将一个白色“冰块”从零下196℃的液氮中取出,随即点燃,而后白色的“冰块”迅速被火焰包裹,燃烧产生的水清晰可见地流下。
“舞者”是一位“深海来客”——天然气(主要为甲烷)水合物。准确地说,这种物质是天然气和水在高温、高压条件下形成的一种非化学计量的冰状晶体。因其外形酷似冰,又可燃烧,故称为“可燃冰”。
这种物质既迷人,又危险。数十年来,科研人员高山勘探、深海钻井、实验室合成,一直在努力寻找它、研究它。
孟庆国在现场演示可燃冰燃烧实验。北京科学中心供图
为何说它迷人?
孟庆国介绍,可燃冰是一种有望替代传统能源的“未来能源”。可燃冰的燃烧产物是水和二氧化碳,相较于煤炭和石油等传统能源,其燃烧过程中不会释放出粉尘、硫化物等环境污染物,这使得可燃冰被视为“清洁能源”。而且,其储量巨大。据科学家测算,全球可燃冰中的甲烷资源量达到了全球天然气资源量的60倍之多。
他说:“可燃冰作为一种低碳能源对于我国能源消费绿色低碳转型发展,推进碳达峰碳中和‘双碳’目标意义重大。”在全球气候挑战日益严峻的今天,可燃冰开采和商用的重要性也愈发凸显。
孟庆国在活动现场和小朋友互动。北京科学中心供图
那又为何说它危险?
孟庆国说,甲烷是一种强温室气体,相同质量的甲烷与二氧化碳相比,它的温室效应是二氧化碳的25倍。如果可燃冰中的甲烷大量释放到大气中,可能对全球气候环境造成严重后果。如果可燃冰在海中大量分解,可能会引发海底地质灾害,以及海洋生物的大量死亡,甚至灭绝。
正是因为迷人又危险,科学家才更需要准确定位它。孟庆国介绍,可燃冰的形成与分布通常需要满足四个条件:低于10℃的低温;大于50个大气压的高压;天然气供给充足;储集空间大。在自然界中,它往往分布于水深大于300米以上的海底沉积物或寒冷的陆地永久冻土带,其中绝大多数可燃冰都来自海洋。
他说,在20世纪30年代,苏联就在被堵塞的天然气输气管道里发现过可燃冰。20世纪70年代,国际深海钻探计划(DSDP)在美国东部海域实施钻探过程中,发现冰冷的沉积物岩心嘶嘶冒气泡长达数小时,后来,科学家认定那些气泡就是天然气水合物。我国在南海神狐海域、珠江口盆地和祁连山冻土区等地均发现了可燃冰。
孟庆国在现场演示可燃冰燃烧实验。北京科学中心供图
孟庆国解释,目前已经探索出了一些比较成熟的探测方法。最常用的是地震勘探法,以及电法测井法。这两种物理方式,分别依据声波信号和电阻率在不同介质中的差异,来锁定可燃冰。
此外,还有一些地球化学方法。例如,通过分析甲烷浓度是否异常来判断;还可以分析海水中离子浓度的变化。另外,也可通过分析碳、氢等稳定同位素的方法,识别形成可燃冰的气体来源于何处。
在长期的探寻中,科学家们总结出了一些可燃冰存在的特征。比如,借助一种叫多波束的海洋探测仪器进行探测,如果发现海底某处出现一种类似“气烟囱”的气泡羽状流,即从海底不断向上喷涌的甲烷气体,那么这片海底就可能有可燃冰;若能在海底看见菌席、管状蠕虫、贻贝类等依赖甲烷生存的特殊生物,那么,该区也很有可能存在可燃冰;此外,海底麻坑和泥火山的出现,也是判断可燃冰存在的一个间接证据。
总的来说,尽管大自然蕴含的这一宝藏非常丰富,但想要安全高效地开发可燃冰,科学家们还是得绞尽脑汁。
孟庆国介绍,自2002年以后,一些国家就开启了对可燃冰的试验开采,我国也已经成功进行过两轮海域天然气水合物的试采,并取得了巨大成功。他认为,未来可燃冰应该在确保环境安全的条件下,尽早实现商业开发,以造福人类。
来源:中国青年报客户端