中國科學院海洋所研究揭示深海冷泉甲烷通量被嚴重低估！

近日，國際地學刊物The ?Innovation ?Geoscience《創新地球科學》在線發表了中國科學院海洋研究所深海生態系統過程和健康評價課題組在南海冷泉甲烷原位探測研究中的最新進展。深海冷泉是海底甲烷排放的關鍵通道，長期以來，由于難以直接、準確地量化聲學羽流分布和原位甲烷濃度等關鍵參數，全球海洋甲烷預算存在顯著的不確定性。我所研究人員基于最新的深海原位探測與穩態模型發現南海冷泉的甲烷排放量遠超想象（圖1），這一發現為海洋溫室氣體源匯核算提供了重要科學依據。

圖1?基于深海原位探測的南海活躍冷泉區甲烷排放通量

深海冷泉作為海底甲烷排放的重要通道，其通量估算對全球碳循環和氣候變化研究具有重要意義。基于原位探測的深海冷泉甲烷排放通量估算較為稀少，目前研究多依賴于多波束聲學監測氣泡羽流，或結合視頻/照片估算氣泡參數與模型計算通量，僅能提供半定量或偏差較大的估算。長期以來，受限于關鍵參數（聲學羽流分布、原位濃度）難以直接準確量化的瓶頸，全球海洋甲烷收支估算存在顯著不確定性。

圖2?南海冷泉近海底不同生境原位環境探測

本研究以南海北部陸坡活躍冷泉區Site F為研究對象，結合深海原位探測技術與地球化學穩態模型，定量刻畫了冷泉甲烷從海底釋放到水體的遷移轉化過程。本工作的技術突破在于集成多參數協同探測設備，并進行精細尺度的海底原位環境探測。研究團隊利用集成甲烷傳感器、溶解氧傳感器、底層海流計及溫鹽深測量儀的多參數傳感系統及同步精準取樣設備，通過“科學號”科考船搭載的遙控無人潛水器（“發現號”ROV）在2017、2018和2020年三個航次中對活躍冷泉區不同生境近底層海水環境場進行精細探測（圖2），克服了傳統采樣方法的空間代表性問題，實現了對甲烷、溶氧等關鍵環境參數的連續、高分辨率觀測（圖3）。

圖3 南海冷泉近海底水體原位環境參數時空分布特征

基于原位觀測數據，研究團隊建立了穩態箱式模型，量化了冷泉區甲烷的遷移轉化路徑：水平平流（Adv）、垂直擴散（Dif）和微生物氧化（Ox）。研究結果顯示，活躍滲漏區的甲烷通量達到0.53-3.23 mol m-2 d-1，比冷泉沉積物－水界面擴散通量高出3個數量級（圖4）。這一顯著差距揭示了過去研究嚴重低估了冷泉甲烷的排放強度。同時，模型結果顯示南海海底冷泉甲烷的遷移和清除主要受水平平流控制，相比之下，垂直擴散和微生物氧化過程的貢獻較小。這一結果揭示了冷泉區甲烷遷移的新機制：冷泉區大量甲烷并非在原位水體被氧化，而是通過水平平流輸送至遠離滲漏區的海域。這一發現解釋了以氧化為主導的傳統模型的估算為何低估甲烷通量，也為理解甲烷的海洋生物地球化學循環提供了新視角。

據此估算，南海冷泉區甲烷年排放量達0.70-4.22 Gmol，若將這一結果外推至全球大陸坡活躍冷泉，則每年以溶解態形式進入水圈的甲烷相當于126 Tg碳。這一數值是淺海大陸架甲烷排放估算值的2倍，也顯著高于此前對全球泥火山甲烷釋放量的估算值，凸顯了深海冷泉在全球甲烷循環中被長期忽視的重要地位。

圖4?南海冷泉不同海底生境的甲烷通量

本研究結合深海原位觀測與穩態模型，首次定量揭示了南海冷泉甲烷排放通量被嚴重低估的事實，并明確了水平平流在冷泉海底甲烷遷移中的主導地位。這些發現不僅革新了對深海甲烷循環機制的認識，也為全球甲烷收支評估提供了關鍵數據支撐。未來研究需要擴大觀測范圍，覆蓋更多類型的冷泉系統，并開展長期觀測以捕捉時間變異特征，從而進一步提高全球海洋甲烷收支的估算精度。

論文第一作者為中國科學院海洋研究所深海中心曹磊助理研究員，中國科學院南海海洋研究所李超倫研究員和中國科學院海洋研究所王敏曉研究員為共同通訊作者。本研究得到了國家自然科學重點基金、南海冷泉科技基礎資源調查專項等項目的資助。

論文信息：

Cao L., Lian C., Ran X., Zhang H., Wang H., Zhou L., Chen H., Zhong Z S., Wang MX.*, Li C L.*, et al. (2026). In situ observations of methane dynamics in an active cold seep of the Formosa Ridge, the South China Sea. The Innovation Geoscience 4:100192.

https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2026.100192

• 信息來源：中國科學院海洋所。

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