應(yīng)用案例

Picarro G2131-i（Picarro碳同位素分析儀安裝與應(yīng)用——南方海洋科學(xué)與工程廣東實(shí)驗(yàn)室（廣州））

發(fā)表時(shí)間：2024-04-17

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研究背景

海洋是全球最大的甲烷儲(chǔ)庫(kù)，但海洋每年向大氣釋放的甲烷僅占大氣甲烷的2%，這是因?yàn)榇蟛糠旨淄榻?jīng)過(guò)海氣界面以前，已經(jīng)通過(guò)物理、化學(xué)、生物途徑被吸收轉(zhuǎn)化。在深海冷泉生態(tài)系統(tǒng)中，水合物分解以及產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生的甲烷會(huì)快速滲漏到表層沉積物中，并發(fā)生硫酸鹽驅(qū)動(dòng)及金屬驅(qū)動(dòng)等一系列甲烷厭氧氧化反應(yīng)，除硫酸鹽外，硝酸鹽、金屬離子/金屬氧化物等環(huán)境因素也會(huì)作為甲烷的電子受體，該過(guò)程會(huì)消減超過(guò)90%海洋底層產(chǎn)生的CH₄，而遷移至海水中的甲烷會(huì)被甲烷氧化菌氧化。甲烷是一種比二氧化碳溫室效應(yīng)強(qiáng)二十多倍的溫室氣體，是融匯海底碳循環(huán)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，認(rèn)知海底甲烷源-匯機(jī)制是助力海洋烴類能源綠色安全開采的重要基礎(chǔ)科學(xué)支撐。

水合物分解釋放甲烷相關(guān)的源和匯

深海甲烷形成機(jī)制

深海甲烷削減機(jī)制

測(cè)試方法介紹

南方海洋科學(xué)與工程廣東實(shí)驗(yàn)室（廣州）（簡(jiǎn)稱為“南方海洋實(shí)驗(yàn)室”），就海底甲烷氧化菌氧化機(jī)理等問(wèn)題，使用Picarro碳同位素分析儀原位檢測(cè)技術(shù)展開研究。此次實(shí)驗(yàn)通過(guò)深海采樣和構(gòu)建原位環(huán)境兩種形式進(jìn)行研究。由于深海采樣受諸多因素限制，采樣量少于100mL，采用頂空法最終獲取的CH₄氣體量不足20mL，這對(duì)儀器的進(jìn)氣量提出的較高要求。構(gòu)建原位環(huán)境研究是通過(guò)加入一定量的同位素甲烷模擬海底甲烷泄露，探究海底突然發(fā)生甲烷泄露時(shí)，海水對(duì)甲烷的響應(yīng)機(jī)制。使用Picarro G2201-i CO₂、CH₄同位素分析儀，通過(guò)時(shí)間序列，對(duì)比甲烷氧化菌培養(yǎng)前后CH₄和¹³C-CH₄、CO₂和¹³C-CO₂的變化，明晰海水中微生物介導(dǎo)下的甲烷氧化過(guò)程。研究表明，超過(guò)600米水深中有相當(dāng)數(shù)量的甲烷進(jìn)入大氣環(huán)境，改變了以往研究中只有淺海甲烷才能進(jìn)入大氣循環(huán)的觀點(diǎn)。

儀器安裝

2022年4月初，工程師對(duì)Picarro G2201-i CO₂、CH₄同位素分析儀進(jìn)行開箱驗(yàn)證與安裝測(cè)試，儀器的精度和漂移都在出廠標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。此次研究的樣品采氣量小于20mL，無(wú)法采用傳統(tǒng)“連續(xù)流量（大于150mL）”模式直接進(jìn)行測(cè)量。而該實(shí)驗(yàn)采用Picarro特有的SSIM2小樣品模塊，該模塊具有自動(dòng)稀釋功能，可在小于20mL進(jìn)氣量的條件下進(jìn)行δ¹³C-CO₂ /δ¹³C-CH₄測(cè)量實(shí)驗(yàn)，為實(shí)驗(yàn)提供了完整的解決方案?，F(xiàn)場(chǎng)給相關(guān)老師進(jìn)行操作培訓(xùn)的同時(shí)，對(duì)樣品進(jìn)行了模擬測(cè)試。該設(shè)備即將開啟南?，F(xiàn)場(chǎng)采樣測(cè)試，科學(xué)研究將逐步展開，讓我們共同期待南方海洋實(shí)驗(yàn)室更多科研成果的發(fā)表！

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編輯：竇志鴻

審核：陸翟亞