南海北部冷泉和天然气水合物发育区海底浅表层沉积物碳循环数值模拟

批准号:
41730528
项目类别:
重点项目
资助金额:
316.0 万元
负责人:
陈多福
依托单位:
学科分类:
D0603.海洋地质学与地球物理学
结题年份:
2022
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
王宏斌、曹运诚、方允鑫、梁前勇、罗敏、胡钰、尚久靖、高春霞、陈琳莹
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中文摘要
海底冷泉和天然气水合物发育区向海洋释放甲烷是一种常见的自然过程,大部分渗漏甲烷在近海底沉积物中被甲烷缺氧氧化作用(AOM)所消耗,转化形成溶解无机碳(DIC),形成的大部分DIC通过扩散和对流方式进入海洋,影响深海碳循环。然而,目前这种DIC进入海洋的通量及其对深海的影响并不清楚。本项目拟通过对南海北部冷泉和天然气水合物发育区近海底沉积物孔隙水地球化学进行模拟研究,定量计算冷泉和天然气水合物区海底界面释放的甲烷、溶解有机碳(DOC)和DIC的通量,确定渗漏甲烷在海底浅表层沉积物中的碳循环过程,评估海底冷泉和天然气水合物分解释放甲烷对南海深部碳库的影响,深化对整个南海碳循环系统的认识。该研究将有助于认识现今海底天然气水合物分解和冷泉活动对深海碳库的影响,为探索地质历史时期天然气水合物分解和冷泉活动对海洋碳库的影响提供重要参考。
英文摘要
Methane release is widespread natural process at hydrocarbon seeps and gas hydrate-occurred areas. The releasing methane is mainly consumed by the anaerobic oxidation of methane (AOM) before reaching the seafloor. The abundant dissolved inorganic carbon (DIC) produced by AOM mainly enters the ocean via diffusion and/or advection and possibly plays a role in deep-sea carbon cycling. However, the fluxes and influence of the AOM-derived DIC on the deep ocean are poorly constrained. This proposed study combines pore water geochemistry and numerical simulation to investigate the carbon cycling in the subsurface sediments at hydrocarbon seeps and gas hydrate-occurred areas, the northern South China Sea (SCS). Our aim is to calculate the benthic fluxes of methane, dissolved organic carbon (DOC), and DIC at hydrocarbon seeps and gas hydrate-occurred areas, to quantify methane turnover in the near bottom sediments, to evaluate their impacts on the deep-water carbon reservoir, and to improve our understanding of the carbon cycling at the SCS. This proposal would help to assess the influence of gas hydrate dissociation and submarine seeps on the carbon reservoir of the modern ocean, and to provide important clues to explore their influence from methane release at hydrocarbon seeps and gas hydrate dissociation on the ocean carbon reservoir in the geologic history.
海底冷泉和天然气水合物发育区向海洋释放甲烷是一种常见的自然过程,大部分渗漏甲烷在近海底沉积物中被甲烷厌氧氧化作用(AOM)所消耗,转化形成溶解无机碳(DIC),形成的大部分DIC通过扩散和对流方式进入海洋,影响深海碳循环。项目聚焦南海北部海底甲烷源DIC进入海洋的通量及其对深海的影响。对南海海马冷泉区进行了溶解有机碳(DOC)性质的研究,发现冷泉区的DOC主要为AOM作用过程中的产物,揭示了冷泉区DOC的来源和潜在的产生机制和影响。对海底沉积物孔隙水地球化学进行37个站位的模拟研究,获得了南海北部冷泉和水合物发育区的溶解无机碳和甲烷扩散通量的初步空间分布特征。随着南海数据的累积,基于南海北部近250个站位的孔隙水硫酸盐浓度剖面获得的区域硫酸盐通量显著高于前人基于沉积速率估算的结果,表明海底浅表层中存在着大量以往被忽略的深部来源甲烷。深部来源甲烷通过AOM消耗了大量额外的硫酸盐,维持了区域上的硫酸盐平衡。根据南海北部106个站位孔隙水钙离子/镁离子/DIC数据计算的自生碳酸盐岩沉淀和DIC通量以及与硫酸盐通量间的经验关系,量化了整个南海北部海底碳循环过程。在整个南海北部,硫酸盐通量为4.26 Tmmol a-1,深部来源甲烷通量为3.03 Tmmol a-1,在AOM、有机质硫酸盐还原和产甲烷作用下共计产生了5.49 Tmmol a-1的DIC,其中约22%的DIC(1.21 Tmmol a-1)在沉积物中形成了自生碳酸盐岩,剩下的约78%的DIC(4.28 Tmmol a-1)排放进入了海洋中。我们的研究结果表明,深部来源甲烷及其产生的DIC在大陆边缘海底碳和硫循环过程中起到了至关重要的作用,能为广泛存在的化能自养型生态系统提供了可观的能量来源,对研究深时甲烷循环及其气候效应具有重要启示作用。
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The impact of diffusive transport of methane on pore-water and sediment geochemistry constrained by authigenic enrichments of carbon, sulfur, and trace elements: A case study from the Shenhu area of the South China Sea
碳、硫和微量元素自生富集约束下甲烷扩散迁移对孔隙水和沉积物地球化学的影响——以南海神狐海域为例
DOI:10.1016/j.chemgeo.2020.119805
发表时间:2020-10
期刊:Chemical Geology
影响因子:3.9
作者:Yu Hu;Dong Feng;Jörn Peckmann;Shanggui Gong;Qianyong Liang;Hongbin Wang;Duofu Chen
通讯作者:Duofu Chen
Production of Labile Protein-Like Dissolved Organic Carbon Associated With Anaerobic Methane Oxidization in the Haima Cold Seeps, South China Sea
南海海马冷泉中与厌氧甲烷氧化相关的不稳定蛋白质类溶解有机碳的产生
DOI:10.3389/fmars.2021.797084
发表时间:2021-12
期刊:Frontiers in Marine Science
影响因子:3.7
作者:Tingcang Hu;Min Luo;Yunping Xu;Shanggui Gong;Duofu Chen
通讯作者:Duofu Chen
A Quantitative Assessment of Methane-Derived Carbon Cycling at the Cold Seeps in the Northwestern South China Sea
南海西北部冷泉甲烷衍生碳循环的定量评估
DOI:10.3390/min10030256
发表时间:2020-03-01
期刊:MINERALS
影响因子:2.5
作者:Feng, Junxi;Li, Niu;Chen, Duofu
通讯作者:Chen, Duofu
Enhanced sulfate consumption fueled by deep-sourced methane in a hydrate-bearing area
含水合物区域的深源甲烷导致硫酸盐消耗增加
DOI:10.1016/j.scib.2021.09.006
发表时间:2022
期刊:Science Bulletin
影响因子:18.9
作者:Yu Hu;Xinxin Zhang;Dong Feng;Jörn Peckmann;Junxi Feng;Hongbin Wang;Shengxiong Yang;Duofu Chen
通讯作者:Duofu Chen
Organoclastic sulfate reduction in deep-buried sediments: Evidence from authigenic carbonates of the Gulf of Mexico
深埋沉积物中有机碎屑硫酸盐的还原:来自墨西哥湾自生碳酸盐的证据
DOI:10.1016/j.chemgeo.2022.121094
发表时间:2022-09
期刊:Chemical Geology
影响因子:3.9
作者:Huiwen Huang;Dong Feng;Yangrui Guo;Xudong Wang;Shanggui Gong;Jörn Peckmann;Wen Yan;Harry H. Roberts;Duofu Chen
通讯作者:Duofu Chen
马里亚纳海沟和新不列颠海沟深渊海底沉积物孔隙水溶解有机质特征及来源
- 批准号:42176069
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60万元
- 批准年份:2021
- 负责人:陈多福
- 依托单位:
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- 项目类别:面上项目
- 资助金额:71.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:陈多福
- 依托单位:
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- 项目类别:面上项目
- 资助金额:100.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:陈多福
- 依托单位:
国内基金
海外基金
