通常发育在极地和高原地区的冻土带并不被认为是大气甲烷的重要来源，然而在气候变暖的影响下，冰封在冻土里的甲烷已经发生了大规模喷发。仅在阿拉斯加和格陵兰岛，科学家就已经发现了超过15万个甲烷气泡泄漏点，并将这些泄漏点分为以下两种类型。阿拉斯加地区已发现的天然气泄漏位置如下图：

图中绿色圆点表示类型一：表层泄漏，

黄色圆点表示类型二：深层泄漏，

圆点大小代表天然气泄漏的强度

一是表层来源的甲烷泄漏。这些甲烷非常年轻，在以百万年计的地质时间尺度上不值一提。它们主要由地表的近现代生物死亡后，被微生物厌氧分解产生的。有机质的碳十四年龄表明北极地区在更新世时期沉积了大量的有机碳甲烷泄露，而这些有机碳在冰川消退后，犹如从冰箱里拿出来的冷冻食品，很快会被分解形成甲烷，造成甲烷泄漏。下图为天然气泄漏穿透湖泊冰层形成的冰洞：

图中a为浅层来源的天然气泄露；

小型b和大型c为深层来源天然气泄漏；

d为无人机拍摄的冰洞

第二种类型为深层来源的甲烷泄漏，这些泄漏的甲烷曾经被北极的冰冻圈圈闭，但随着冰冻圈的衰退和减薄被释放出来。与表层来源的甲烷泄漏相比，深层泄漏的甲烷由于埋藏时间久远，不再具有碳十四同位素组成。深层泄漏的甲烷主要由沉积深部有机质的微生物分解或热裂解作用形成甲烷报警器，原本储存在沉积盆地深部的煤层、天然气藏或天然气水合物中。

在北极地区，湖面的季节性结冰给研究这两种类型的甲烷泄漏提供了良好的调查条件。在表层泄漏类型中，气泡逸出缓慢，容易被捕获到冰体中，有时在冰块中形成数分米大小的小洞，直到数天或数周之后被完全冻到浮冰里面。与之相反，深层来源的甲烷泄漏强度大且速率快，能够穿透0.2~2 m厚的冰层，形成了达300 平米的冰洞。单个深层来源的甲烷泄漏点，每天可泄漏多达14万升的甲烷。

北极地区海底甲烷泄漏的标志和特征

海底冷泉是发育于全球大陆边缘极其普遍的地质现象，常呈线性群产出，主要沿着断裂带、被埋藏古河道或被背斜枢纽等分布，或发育于泥火山和或泥底周围，经常伴随产生大量自生碳酸盐岩、生物群落、海底麻坑等较为宏观的地质现象。冷泉活动区域一般都是海底生命极度活跃的地方，和热液生态系统并称为“深海绿洲”。冷泉附近常发育有依赖这些流体生存的生物群，最常见的有管状蠕虫、双壳类、螺虫类和微生物菌等。因此，寻找这些特殊的生物群落是发现和确认海底冷泉的有力证据之一。

挪威岸外HMMV泥火山，A为沉积物取样，

B为原位观测站，C为白色菌席，

D、E为灰色菌席，F为管状蠕虫

甲烷气泡从海底冒出来进入海洋水体中甲烷泄露，形成气泡羽流乙炔检测仪，这便是海底冷泉的另一个重要标志，也是海底沉积物向海洋和大气释放甲烷的最主要形式。目前，科学家主要通过水下摄像对气泡羽流进行观测。通过测量图像中气泡的尺寸和上升速率，便可得知有多少甲烷从沉积物中跑出来了。不过水下摄像的成本高昂，而且探测范围有限，因此声呐系统也经常被用于搜寻水体中的气泡羽流。声呐系统经常被渔民用于探测鱼群，通过回声原理它能快速探测到茫茫水体中鱼鳔里的气体，从而锁定鱼群位置。在声呐反射图谱中，气泡羽流主要呈现为直立的火焰状，这便能与千姿百态的鱼群区分开来。

图左为海水中气泡羽流的声呐探测示意图，

图右为声呐图谱

海水中上升的气泡会不断的与海水中的气体进行交换。刚从海底出来的气泡主要由甲烷组成，但在上升过程中，甲烷不断的溶解进入水中，而水中的来自大气层的氧气、二氧化碳和氮气等逐渐替代甲烷，成为羽流顶部的主要气体成分。因此甲烷泄露，海洋是海底甲烷泄漏的天然过滤器，大大降低了海底沉积物向大气排放甲烷的量。科学家通过数值模拟指出，气泡羽流仅在100 m以浅的海域能携带甲烷进入大气，而在更深的地区对大气甲烷的贡献很小。然而，在低温的北极海域，甲烷气泡从海底释放出来后，极有可能会迅速包裹上水合物晶体这一厚实的“外衣”，从而阻碍甲烷气泡和水中气体的交换，顺利将沉积物中的天然气运送到上层水体，甚至大气中。

挪威岸外巴伦支海被水合物包裹的甲烷气泡

（图片来源Sauter E.）

近二十年来，北极挪威斯瓦尔巴群岛岸外的甲烷泄漏吸引了全球科学家的广泛关注。在这个地区，从南边过来的北大西洋暖流与极地冷水团相遇，而在气候变暖的情况下，原先的暖-冷条件被破坏，可能触发海底天然气水合物的分解，从而造成更大面积的天然气泄漏。这个地区的沉积物每年向水体释放725-1125吨的甲烷，平均每平方米的沉积物每年向海水释放2公斤的甲烷。

这些甲烷的泄漏显然与天然气水合物稳定带的变迁有关，然而目前来看，气候变化或人类活动如何影响北极地区的天然气水合物仍是一个未解之谜，为此，科学家们也纷纷提出了各种假说。有人指出，日益变暖的北大西洋暖流给该地区带来温暖的海水，导致水合物分解。也有人指出，陆地冰川的消退加大了入海河流的流量，从而增加了入海的沉积物总量，给海底增加了负担，最终导致局部地区水合物分解。还有人认为，北极地区的地壳犹如跷跷板的一端，原先巨厚的冰盖把它的底部压陷到地幔软流层，而在冰川消退后，地壳开始回弹，从而海水的深度降低，压力变小导致水合物分解。

挪威斯瓦尔巴群岛岸外的水体气泡羽流分布图

（图片来源图片来源Mario Enrique Veloso Alarcón）

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