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    可燃冰,未來能源之星還是滅世惡魔?

    2020-04-17  zjshzq

      在遙遠的中國南海,一團火焰在燃燒了兩個月以后,被人們緩緩熄滅。它是藍鯨2號海洋鉆井平臺的排氣火炬,來自海底深處的天然氣在水幕中化作火光,用這種方式重見天日。這些天然氣來源于一種被一些人寄以厚望,但也被另一些人畏之如虎的物質,可燃冰


      正在試采可燃冰的藍鯨1號海上鉆井平臺 | 2017年,中國首次海底可燃冰試采由“藍鯨1號”鉆井平臺執行。

      寄以厚望,是因為可燃冰的儲量極為豐富。據粗略估算,它所蘊含的天然氣資源可達到已知常規天然氣資源量的數十倍;如果按有機碳儲量計算,大約是已知煤炭、石油、天然氣有機碳總量的2倍。假如能夠大規模商業化利用,將會成為未來的能源之星,保障世界的化石燃料安全。

      全球有機碳儲量分布圖 | 盡管對有機碳的估算還比較粗糙,但可燃冰仍遠遠多于常規化石能源。數據源自文獻[1]。制圖@陳隨/星球科學評論
      畏之如虎,是因為這是一種并不穩定的物質。如果在大規模商業開采中出現意外,可能會造成可燃冰的大規模分解,向海洋釋放大量天然氣,造成嚴重的環境災害——也許會引發人們難以想象的后果。
      盡管如此,人們依然在向這片尚未被攻克的資源庫發動猛攻。世界多國正在積極開展可燃冰開采技術研究,繼頁巖氣革命(后臺回復“頁巖氣”了解更多)后,一場可燃冰革命也正在吹響號角

      在這樣的時代背景下,如何看待人們對可燃冰復雜而又糾結的心態?這需要從了解什么是可燃冰,和它“劣跡斑斑”的歷史說起。


      海底可燃冰樣品 | 采集自印度洋某處的可燃冰樣品。圖源@USGS/美國地質調查局

       01 

      可燃冰是什么?它在哪里?

      可燃冰是一種氣體水合物,它看似冰塊,潔白而多孔,質地比冰塊略軟、略輕。它是一種由水分子做牢籠,將氣體分子囚禁其內的疏松固體。能夠“身陷囹圄”的氣體有很多種,如氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷等。當被囚禁的氣體是以甲烷為主的天然氣時,人們就管它叫天然氣水合物,俗稱可燃冰[2]。

      可燃冰的兩項神奇之處 | 因為可燃冰分解時會釋放大量的水,能夠帶走大量熱量,所以可以如左圖一般用手托著燃燒;右圖是可燃冰“囚籠”的示意圖,無數個這樣的小籠子彼此連接,就成為固體可燃冰。圖源@ worldoceanreview.com

      形成可燃冰需要四個必備條件:(甲烷)氣體、液態水、較低的溫度和較高的壓力,缺一不可。其中,甲烷要么由泥沙中的生物遺骸腐敗產生,要么來自于地下深處天然氣藏滲透上來的天然氣[2]。

      可燃冰成因示意圖 | 微生物分解有機質殘骸產生的甲烷也被稱作“生物氣”,它和深處天然氣藏擴散出來的氣體,是形成可燃冰的主要氣源。這兩種過程都會源源不斷產生甲烷,其中微生物產生的生物甲烷更重要一些。制圖@陳隨/星球科學評論

      生物遺骸腐敗產生甲烷是生活中常見的一種現象,在北國的冬天里格外常見。在封凍的湖塘冰面上,冰塊里會形成一連串氣泡,這是湖底有機質腐敗釋放的氣體,主要成分是甲烷。它們隨著湖水一邊凍結一邊聚集,在冰層里形成層層疊疊的氣泡——鑿冰釋之可點燃。

      加拿大班夫國家公園亞伯拉罕湖里的甲烷氣泡 | 注意氣泡的層疊現象。

      鑿冰點火很危險,請勿自行嘗試 | 圖源@gifbin.com

      地下深處天然氣藏內的氣體滲透至地表時,一般被叫做天然氣苗,可以在很多油氣田周圍找到。里海西岸的阿塞拜疆巴庫地區是著名油田,地下豐富的天然氣裹挾稀泥巴涌出地表,形成泥火山,遇火可點燃。這樣的“無源之火”,也許是該地區在古代成為拜火教圣地之一的原因。

      阿塞拜疆巴庫地區的泥火山群景觀 | 即將炸開的氣泡里,充斥著可燃氣體甲烷。

      但巴庫地區并沒有形成可燃冰。自然界里,只有兩種地方可以同時滿足前述四種條件:數百米深的凍土帶地下,或者一兩千米左右的深湖/深海底部及泥沙深處。它們的溫度和壓力恰好使可燃冰能夠穩定存在,于是也被稱作水合物穩定帶[2]。

      海底和凍土中的“水合物穩定帶”示意圖 | 紅色曲線表示壓力,藍色曲線表示溫度。當二者相交時,重疊的區域就是“水合物穩定帶”。它們位于特定的深度,具有一定的范圍,同時會隨著溫度和壓力的變化而改變范圍。圖源@grida.no

      盡管水合物穩定帶的分布范圍較小,但可燃冰的形態卻并不單調。隨著可燃冰所在的具體位置不同,它可以呈現出截然不同的樣貌[3-5]。有時可以單獨存在,為質地純粹的的塊狀、丘狀,主要出現在海底,相對少見。

      宏觀狀態的可燃冰 | 大量甲烷在開放空間里與水結合,可以形成大塊的可燃冰,圖為在墨西哥灣海底800多米處,由甲烷氣泡溢出形成“可燃冰丘”。大量貽貝生活在可燃冰附近,它們的食物是依賴甲烷生存的化能自養微生物。圖源@USGS/美國地質調查局


      海底“可燃冰丘”上采集到的厚層純凈可燃冰 | 由日本明治大學團隊在日本海Joetsu盆地的可燃冰丘里采集,總厚度超過五米。圖源@明治大學天然氣水合物研究所

      有時則與泥沙混合在一起,呈現出團塊狀、網脈狀的不規則外觀。

      印度洋海底采集的可燃冰 | 2006年印度國家天然氣水合物計劃一期項目采集的可燃冰樣品,可燃冰存在于海底泥沙地層的裂縫里。圖源@USGS/美國地質調查局

      更多的時候,可燃冰以肉眼難以看到的狀態,分散儲存在泥沙顆粒之間的微小孔隙里。雖不起眼,但有著更大的儲量,是目前人們勘探和試采的主要目標。

      含可燃冰砂礫沉積物樣品 | 產自加拿大Mallik凍土試采區的含可燃冰沉積物,深色礫石和砂粒周圍的白色物質即為可燃冰,這是孔隙中的可燃冰透露出來的一點顏色。圖源@USGS/美國地質調查局

      總之,這是一種主要儲存在爛泥巴和稀沙子”里的有機碳能源,它的外觀和分布位置具有特定的規律。


      不同產出位置的可燃冰具有不同的賦存狀態 | (A/B)海底泥質沉積物中的網脈和團塊狀(白色物質),(C/E)分散在砂層孔隙中(白色小點),(D)海底的可燃冰丘,被灰色泥沙覆蓋,(F)砂礫沉積物中的天然氣水合物(白色)。來源@文獻[6]

      從極地凍土到高原凍土,再到深海底部的廣大天地間,可燃冰被人們寄以厚望。以目前的認識來看,潔白大塊的可燃冰儲量可能最少,泥質沉積(爛泥巴)里的分散可燃冰儲量可能最大,但不易開采。相對容易開發的,是儲存在凍土帶地下砂層和海底砂層(稀沙子)孔隙中的分散可燃冰[2,6]。


      世界可燃冰資源儲量示意圖 | 最具勘探開發潛力的可燃冰位于砂層里,但總儲量相對較小;不易開采的泥層里可能擁有規模最大的可燃冰。海底暴露可燃冰的儲量難以估算,因為人類對深海還知之甚少。數據源自文獻[6]。制圖@陳隨/星球科學評論 

      但是,硬幣的另一面則隱藏著可燃冰令人生畏的本領。



       02 

      可燃冰有哪些危險的“本領”?

      對于人類來說,可燃冰意味著豐富的天然氣,是一種有潛在經濟效益的化石能源。但對于自然界而言,可燃冰只是一種普通的物質,在碳循環的大鏈條上不斷形成又不斷分解,遵循自然規律自生自滅。
      在自然界,水合物穩定帶并非一成不變的特定區域。溫度和壓力條件的變化會輕易使穩定帶的范圍發生改變,造成可燃冰自發分解[7-11]。在地球動蕩的歷史里,大規模的環境變化比比皆是:氣候變遷、冰川進退、地震火山、甚至小行星砸到海里這樣的事情也經常發生。于是,我們可以找到許多可燃冰自然分解的記錄。

      可燃冰穩定帶范圍改變造成可燃冰分解的示意圖 | 自從末次冰期結束以來,全球范圍內發生大規模的冰蓋消融、海水升溫,使大量的古代可燃冰失穩分解。釋放出來的甲烷氣體規模巨大,可能加劇全球溫度從冰河期進一步回升。圖源@文獻[10]

      直覺上,人們會想出一串串氣泡不斷上浮,最終在海面破裂的畫面,這也是關于“可燃冰導致變暖災難”的最初印象。但能夠到達海面并影響到大氣的甲烷其實只有不到5%[7,12]。
      釋放出來的甲烷都去了哪里?答案正是布下了三條封鎖線的厚重海水。

      墨西哥海底一處甲烷泄露點的氣泡和貽貝 | 深海貽貝常作為深海化能自養生態系統的一部分。圖源@NOAA/美國國家海洋和大氣管理局

      (1)圍剿甲烷的三道封鎖線

      海底的一些微生物構建起圍剿甲烷的第一道封鎖線。當可燃冰分解得緩慢而穩定時,特定微生物會利用甲烷作為生命活動的原料,像植物一樣為更多的其他生物提供食物,在海底構建起冷泉(cold seep)生態系統——這是一種可以養活一群奇奇怪怪深海生物的化能自養生態系統[7,13]。


      深海化能自養生態系統與淺海光合作用生態系統示意圖 | 和光合作用一樣,化能自養作用也是構建生態系統的基石,只不過這是一個“漆黑無光”的生態系統。圖源@Maja Sojtaric/CAGE

      第二道封鎖線是深處的海水本身。由于水合物穩定帶也包括一定深度的底層海水,所以可燃冰釋放出來的部分甲烷可以在海底重新“凍結”——這便是在全球海底許多地點都存在的海底可燃冰丘(丘,mound)。大塊、潔白、質地純粹的可燃冰,便來自這些環境。


      墨西哥灣的一處海底甲烷釋放點 | 墨西哥灣地下富含油氣,一部分天然氣在海底發生泄漏,凍結成海底的可燃冰。圖源@NOAA/美國國家海洋和大氣管理局

      第三道封鎖線是溶解在海水里的氧氣。絕大多數甲烷氣泡大多不能順利浮上海面,而是會溶解于海水,與水中氧氣發生化學反應,轉變為二氧化碳和水,最終消失在海水里。
      就這樣,三重封鎖線,將海底可燃冰分解釋放的絕大多數甲烷都“消滅殆盡”,真正能夠浮出海面的甲烷氣體少之又少。我們不需要特別擔心海底可燃冰開發對大氣和氣候變暖產生的沖擊。但是,消滅了甲烷的海水卻會發生變化,而這才是真正值得憂慮的地方。

      海底甲烷釋放和兩種消耗機制的示意圖 | 絕大部分從海底釋放的甲烷會被微生物或海水溶解氧給氧化掉。圖源@文獻[14]

      此時,地質研究可以給我們提供一些線索。

      (2)劣跡斑斑的古代可燃冰爆發

      在距今1.83億年前的侏羅紀早期,全球范圍內發生過一次嚴重的大洋缺氧事件(OAE),造成許多海洋生物滅絕。盡管尚存爭議,一些科學家認為可能與大規模的海底可燃冰分解有關[15-17]。

      早侏羅世托阿爾期海洋缺氧事件示意圖 | 該事件發生于距今1.83億年前,造成大量海洋生物滅絕,其中可燃冰快速分解是可能的原因之一。圖源@文獻[17]
      在距今約5500萬~5600萬年前,全球發生過一次非常劇烈的環境突變。在很短的時間里,大氣快速升溫、海洋出現局部缺氧、大西洋明顯酸化等事件相繼出現,也被許多科學家認為與海底可燃冰的突然釋放有關。但究竟是可燃冰分解引起升溫,還是升溫引起可燃冰分解,現在仍存爭論[18-20]。

      古近紀“古新世-始新世極熱事件”示意圖 | 該事件發生于距今0.55-0.56億年前的古近紀早期,大氣和海洋溫度快速升高然后回落,其中可燃冰快速分解是可能的原因之一。圖源@文獻[21]

      在中國試采可燃冰的南海神狐海域,人們發現距今11300-8000年前的海底泥沙有些“缺鈣”——碳酸鈣的含量明顯偏低,這是海水酸化留下的線索之一。在排除了一些其他因素后,它被解釋為末次冰期后的升溫過程里,可燃冰發生快速分解引起的底層海水酸化[8]。

      除了改變海水的酸堿性和含氧量,劇烈的可燃冰分解也能改變海底地貌。

      (3)地貌修改器

      在挪威大陸和斯瓦爾巴德群島之間的巴倫支海,科學家發現了令人“密恐”的景象:原本應該被泥沙覆蓋得相對平坦的海底,像是爆了一臉青春痘一般,滿是疤痕

      巴倫支海密集的海底麻坑 | 在巴倫支海的比約恩納陸架槽邊緣,海底有大量的麻坑,這種海底地貌的形成與可燃冰分解有關。圖源@文獻[9]

      它們的深度可達10-40米,直徑300-400米,更大坑洞的尺寸有600x1000m左右[9,22]。在坑洞周圍,海底仍在釋放甲烷氣泡。密集的氣泡在海水里連成一串,在儀器成像里可以看起來就像是千萬根火炬


      麻坑周圍釋放的甲烷氣泡 | 在巴倫支海海底麻坑周圍,仍在排放甲烷氣泡,可以通過特殊儀器進行可視化成像。圖源@文獻[9]

      一萬多年前的末次冰期,巴倫支海地區曾經被厚厚的冰層覆蓋,冰層下形成可燃冰穩定帶。隨著冰蓋消融,海底一邊升溫一邊緩慢抬升,可燃冰穩定帶的范圍發生大幅度變化,原先的可燃冰失穩、分解、釋放,大量氣體聚集成海底的鼓包(pingo)。

      鼓包內的氣體可能有兩種釋放途徑,要么緩緩釋放、海底陷落成坑;要么噴薄而出、海底炸出大坑,變成海底的“密集痘疤”。類似的地貌在全球海洋里廣泛存在,中國南海同樣有許多類似大坑,例如西沙群島西南部海域800-1200米深的海底分布有密集的坑洞群,最大的坑直徑有3千米左右,深度超過160米[23-24]。根據它們的外觀,人們起了一個形象的名字:麻坑


      麻坑成因示意圖 | 麻坑的形成與可燃冰分解有關,會釋放大量甲烷進入海洋,也會有一部分甲烷進入大氣。圖源@文獻[9]

      在陸地上,人們也在凍土地帶發現過類似的現象。2014年,俄羅斯西北部Yamal半島上,人們在地面上發現了一個大坑,周圍有新近被翻出的泥土,甚是奇特。經過科學家的實地考察,發現這是因為地下氣體壓力過大,沖破土壤導致的一場氣體爆發。

      俄羅斯Yamal半島2014年氣爆坑爆發前后的航拍對比圖 | 這種氣爆坑的形成源于泥土里的高壓氣體爆發,可能與可燃冰分解有關,這個坑的直徑約為25米。圖源@文獻[25]

      類似的現象在北極圈附近的凍土地帶并不罕見。2017年5月,一條河道中開始產生鼓包(下圖2),到了7月便炸成以一個大坑(下圖4),直徑達到數十米,并在爆發以后持續釋放甲烷氣體[26]。

      俄羅斯Yamal半島2017年某個氣爆坑爆發的航拍對比圖 | 這個坑形成于一處河道底部的凍土帶,爆發以后坑內蓄水成湖。圖源@文獻[26]

      有一種解釋認為,這些氣爆坑的形成,與凍土地下可燃冰的分解和氣體爆發有關[27]。在2014年產生的氣爆坑位置,地下60米處可能存在一層可燃冰。或許正是這些可燃冰分解產生了許多無處釋放的甲烷氣體,它們在凍土里橫沖直撞、上涌聚集,最終炸成大坑。


      俄羅斯Yamal半島2014年氣爆坑的地球物理探測結果 | 圖面中的數字表示電阻率值,該研究認為位于地下60米深處的含可燃冰地層引起了氣爆。圖源@文獻[27]

      高壓氣體上浮、破壞地層的能力究竟有多強?在挪威斯瓦爾巴德群島北部的Hinlopen滑坡邊緣,一個案例或許可以提供一些線索。人們在這里發現一處被高壓天然氣破壞、挖掘了將近200米厚的泥沙層。氣體在泥沙地層中形成了“管道結構”,一路穿過可燃冰穩定區,至靠近海底的位置才儲存起來。這樣的機制可以在海底淺層制造不穩定層,具有引發滑坡的潛力[29]。

      高壓天然氣穿過近200米厚的海底泥沙 | 上圖為人工地震剖面,下圖是原理示意。高壓氣體從可燃冰穩定帶下的高壓游離氣聚集帶上涌,破壞、挖掘、穿過蘊含可燃冰的泥沙后,聚集在淺近海底,留下“管狀結構”,管道直徑約20米。圖源@文獻[29]

      但這只是可燃冰分解引起滑坡的一種機制,還有一種機制可能引起更大規模的海底滑坡,甚至引發海嘯——那便是由于可燃冰分解引起的地層變形、強度減弱,并最終在坡度適當的地區滑落。

      由可燃冰分解引發海底滑坡的示意圖 | 當可燃冰穩定帶底界因為種種原因上移時,會使海底的一層可燃冰分解,一方面釋放氣體進入海水,另一方面改變泥砂層的力學性質,引起大規模滑坡。圖源@grida.no

      挪威西北部海域的Storegga滑坡是目前已知規模最大的海底滑坡之一,一些科學家認為它與周期性大規模可燃冰分解有關[11,30-32]。最近一次滑坡發生于8200年前,在挪威、冰島、英國北部等地引發過大規模的海嘯災害,重創了當時生活在北歐沿海地區的古人類聚落[33]。

      Storegga海底滑坡及其形成的海嘯 | Storegga滑坡的產生可能與可燃冰分解有關,這次滑坡引發了規模龐大的海嘯,席卷多個國家。圖源@文獻[34]

      總結下來,可燃冰分解釋放出的甲烷,既可以在海底滋養生靈,也可以引起底層海水酸化和缺氧,引發海洋生物大量死亡甚至滅亡;而它們從地層里釋放的方式,輕則可以引起排氣鼓包或麻坑,重則破壞地層、引起海底變形或滑坡,嚴重的滑坡還能制造出滑坡海嘯災害。
      可燃冰的這些“本領”,為人們開發利用可燃冰帶來了不小的麻煩:人為開采是否會造成海底可燃冰的失穩,引起比自然分解速度更快、規模更大的“海底甲烷釋放”?
      這些擔憂,恐怕并不是空穴來風。


       03 

      未來商業開發的不確定性

      盡管扮演著不安定的角色,但這并沒有影響人們將可燃冰作為資源加以利用的沖動。對于可燃冰的研究大約始于上世紀60年代,那時的人們曾認為蘇聯西伯利亞的Messoyakha氣田生產的天然氣存在可燃冰分解釋放的氣體,但該結論尚存爭議[35-36]。真正毫無爭議的、直接從含可燃冰地層里進行試驗性開采,僅有短短18年的歷史

      人們首先開采的是北極圈內永久凍土帶以下的可燃冰,這是2002年及2007年多國合作在加拿大西北部Mallik地區的試采項目,凍土厚度650米左右,含有可燃冰的砂層位于大約1000米深。首次試采海底泥沙中的可燃冰是2013年,位于日本愛知縣附近海域,這里的水深約1000米,蘊含可燃冰的砂層位于海底以下300米[37-38]。


      世界可燃冰開采試驗位置分布圖 | 迄今為止,確切進行過可燃冰開采試驗的地點一共有五個,分別是位于加拿大北部的Mallik項目區(2007-2008年試采),美國阿拉斯加北坡的Hot Ice項目區(2012年試采),二者均為凍土可燃冰區塊,且由多國團隊合作試采;位于日本愛知縣附近南海海槽的愛知海項目區是首次(2013年)和第二次(2017年)海底可燃冰試采位置,由日美合作完成;中國的可燃冰試采由中國團隊獨立完成。制圖@陳隨&鞏向杰/星球科學評論

      中國的可燃冰研究啟動較晚,于2007年和2009年在南海神狐海域青海祁連山木里凍土帶分別鉆遇可燃冰。2011年和2016年,研究人員首先在祁連山凍土區進行了兩次陸上可燃冰試采[39-40],分別產氣近5天和23天。2017年,中國在南海神狐海域進行了首次海上試采,穩定生產60天,產氣30.9萬立方米。2019年,中國在南海同一海域完成了第二次試采,試驗了水平井在海底軟泥沙中的鉆探技術,實現穩定生產30天,產氣86.14萬立方米。
      目前為止,中國是世界上累計試采可燃冰產氣量最多的國家。但在成就的背后,我們也需要對風險和不確定性有清晰的認識。

      2017年首次可燃冰試采的藍鯨1號 

      可燃冰商業化開采面臨的主要問題,正如前文第二節所提,在于會改變泥沙的力學性質,降低泥沙的整體強度,容易引起海底不均勻變形、海底地層垮塌、高壓氣體噴出甚至滑坡等劇烈破壞現象[41-45]。
      遺憾的是,人們對于這些風險的認識尚十分粗淺。現階段的主要研究方法,是使用試采獲得的數據進行實驗模擬和計算機模擬。然而實驗室條件難以代表深海的自然環境,計算機模型也會存在基于不同方法而產生的差異,它們有時甚至會出現完全迥異的結果。
      例如,2013年日本試采后,一個日本研究團隊的計算機模擬顯示,6天的試采中,可燃冰發生分解的區域可能達到距離鉆井25米的地區;如果繼續生產至180天后,可燃冰分解范圍可能會擴展至200米范圍[43]。但在2017年中國試采后,一支中國研究團隊的另一種計算機模擬顯示,可燃冰的分解會局限在鉆井周圍區域,即使兩年后也不會超過30米[46]。

      日本“地球號”海洋鉆探船 | 該船是日本進行海洋鉆井的主力科考船,參加過多次全球大洋鉆探項目。日本兩次鉆探海底可燃冰,使用的都是這條科考船。圖源@JAMSTEC/日本國立海洋科技開發機構

      類似這樣的不確定還有很多,而僅有的幾次試采結果,也并不足以打消人們的顧慮。2017年9月,中國首次南海試采結束的2個月后,科研人員來到試采海域展開環境監測。通過對比試采前、試采中和試采后的數據,認為僅在鉆井過程中發生了預期內的少量甲烷釋放。試采過程中和結束兩個月后,未見甲烷泄露、未見海底缺氧,海底也沒有發生海水渾濁度的變化,表明沒有發生大規模的海底地質變化[47]。

      中國南海首次可燃冰試采的主要環境監測數據 | 來源@文獻[47]

      這當然是一個好消息,但無論是中國的第一次試采還是日本的兩次試采,均未公開海底是否發生變形的數據[48]。在剛剛結束不久的中國第二次海底試采中,人們使用了“未觀測到甲烷泄露,未發生地質災害”這樣的字眼,這符合第一次試采后的檢測結果,但同時也沒有提及是否存在地層變形等方面的情況。

      也許是沒有發生,也許是變化太小沒有探測到,但也不能排除這些變化尚未從幾百米深處影響到海底。
      這些變化所需的時間,也是未知數。以2017年俄羅斯Yamal半島發生在河道里的氣爆為例,從發現變形到最終爆發用了兩個月,但氣體在地下聚集發展了多久,人們則完全沒有頭緒。在斯瓦爾巴德島北部的海底泥沙中,高壓天然氣聚集、破壞地層產生“管道結構”需要多長時間,現在也完全是未知數。

      中國南海首次可燃冰試采時的火炬 | 圖源@文獻[47]

      總之,在關于可燃冰開采引發海底變形的領域,還存在太多的空白,我們并不知道地層變形將如何累積、高壓氣體是否在地下聚集、何時會開始上涌破壞地層、何時會上升到海底淺層、何種條件會觸發滑坡、風險會達到何種規模、滑坡是否會使附近的可燃冰失穩分解等細節。
      根據一份計算機模擬研究,長期(長達4年以上的水平井開發)可燃冰開采會引起地層變形逐漸積累,并最終可能會發展成大規模海底變形甚至滑坡[49]。因此,一兩口井持續一兩個月的試采和數據測量,或許并不足以說明問題。
      而矛盾的是,想要知道這些問題的答案,只能開展時間更長、規模更大的生產實踐,甚至在真實的事故里來分析事故的原因。在當下的科學認識水平下,只要開采可燃冰,就意味著要承擔很多未知風險;但也只有繼續進行開采試驗,才能更好地認識風險。這種不可調和的矛盾,會貫穿在整個可燃冰開采的實踐里

      位于加拿大麥肯齊三角洲的Mallik可燃冰試采現場 | 這里位于北極圈內,極度嚴寒,陽光穿透大氣中的冰晶后呈現出光柱。圖源@USGS/美國地質調查局

      當代海洋正處在表層海水快速酸化和缺氧的背景下[51-55],人為引發可燃冰分解和釋放的前景不免令人擔心。而且這些研究大多集中在海洋表層,并沒有深入考慮海底可燃冰分解造成的深層海水酸化和缺氧問題。由于表層海水與深層海水的大規模交換作用(如溫鹽環流),最終的情況可能更糟。

      驅動全球海水大規模交換的溫鹽環流 | 圖源@grida.no

      海水酸化會影響部分海洋生物碳酸鈣外殼的合成,缺氧海水則容易引發大面積生物死亡,二者最終會影響到海洋食物鏈,并以此影響到人類社會。

      海洋化學性質的變化如何影響海洋生物? | 許多浮游生物具有鈣質外骨骼,酸化的海水不利于生物合成,會嚴重影響它們的生存,從而危及到整個海洋食物鏈。圖中的生物是翼足類動物,它是一種具有碳酸鈣貝殼的軟體動物,幼體營浮游生活。研究人員將它的貝殼放在當前認識水平下,與2100年海水酸性和碳酸鹽含量相當的水中,45天后貝殼就開始溶解。圖源@NOAA/美國國家海洋和大氣管理局

      雖然短期內肯定不會引起大規模生物滅絕,但勢必會逐漸改變現有海洋生物的生存格局,從而進一步影響到海洋養殖業和捕撈業,并以這種方式影響人們的餐桌——海洋為人類提供了18%的蛋白質來源,它們不光是各種生猛海鮮,還有以海洋生物作為飼料的家畜家禽。一旦海洋的生態出現問題,人類社會將會發生不小的動蕩。

      夕陽下的漁船 | 可燃冰開采對海洋環境的潛在沖擊,會通過復雜的食物鏈最終影響到每一個人。是的,人們需要關心可燃冰開采對于海洋環境的潛在沖擊,這不僅因為對于可燃冰的各種認識仍然過于粗淺,而且暫時還沒有很好的監測手段和可靠模型,更因為它也能影響到你我飯桌上的食物,影響到子孫后代的食物。



      海鮮 | 對于普通人而言,關注可燃冰開采風險,最終會回歸到食物安全問題。
      可燃冰只是地球上存在了億萬年,并將繼續存在億萬年的一種物質,是這顆星球生生不息的碳循環發動機中,一個并不起眼的小齒輪。它究竟是未來能源之星,還是將要影響人類社會的魔鬼,決定權其實在于人類。
      在于人們選擇怎樣的開發策略,在于保持高度謹慎徐徐圖之;在于充分做好風險研判和科研跟進,在于提高從業人員的風險認知水平。
      也在于整個社會的你我他,能夠認識到可燃冰這種物質的風險,和背后尚存的諸多未知。



      策劃撰稿 | 云舞空城



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