谜团已揭开：气泡如何建立大量的甲烷水合物沉积物

甲烷气泡作为气体水合物现场样品的减压而形成。为了开发他的模型，研究人员在2017年由UT领导的研究任务中，研究了从墨西哥湾获取的富含天然气水合物的沉积物样品。

得克萨斯大学奥斯汀分校的一项新研究解释了天然气水合物形成的一个重要谜团，在此过程中，高级科学家对天然气水合物如何促进气候变化和能源安全的理解。

该研究使用了一种计算机泡沫气体模型，该泡沫模型通过水合物沉积物流动，根据现有模型，这是一种普遍现象，根据物理学原理是不可能的。新模型有助于解释某些沉积物如何成长为大量的天然气水合物储层，例如在墨西哥湾下方发现的储层。

描述该研究的论文发表于2020年2月16日的《地球物理研究快报》上。

气体水合物是一种冰状物质，其中的气体分子（通常为甲烷）在高压和低温下会被困在水冰笼中。它们在自然界中被广泛发现，可以容纳世界上大部分的有机碳，并有可能成为未来的能源。但是，关于水合物沉积物如何形成和演化仍存在许多问题。

这些圆柱体保存着富含天然气水合物的沉积物核，这些沉积物取自墨西哥湾海底以下1,500英尺（450米）的深度。德克萨斯大学奥斯汀压力核心中心大学是唯一一家能够在发现条件下对它们进行研究的大学设施。

现场观察发现有人提出了这样一个问题，即甲烷以气体形式自由流过地下的水合物。令科学家困惑的是，在水合物发生的条件下，甲烷仅应以水合物形式存在，而不能以游离气体的形式存在。为了解决自由流动气体的奥秘，由UT杰克逊地球科学学院的研究生Dylan Meyer领导的UT研究人员团队在实验室中重现了他们在现场看到的东西。

他们使用这些数据进行了假设，当水合物在矿床中形成时，它也起着气与水之间的屏障的作用，从而限制了新水合物形成的速度，并使大量气体冒泡通过矿床。他们将此想法发展为计算机模型，并发现该模型与实验结果相符。当扩大规模时，他们还匹配了实地研究的证据，使之成为成功完成这两种现象的第一个模型。至关重要的是，该模型表明流经地下的天然气可以累积到大型的浓缩水合物储层中，这可能是未来能源的合适目标。

“该模型令人信服地再现了一系列独立的实验结果，这些结果强有力地支持了其背后的基本概念，” Meyer说。“我们认为，该模型将成为未来研究大型，高浓度水合物储层演化的重要工具，这些储层经历了相对快速的气体通过多孔介质的流动。”

迪伦·迈耶（Dylan Meyer）在获得博士学位的同时领导了这项研究。来自UT杰克逊地球科学学院。他现在是台北中央研究院的博士后。

这项研究是首次使用旨在模拟气流过程的实验数据建立的这种模型。该团队在实验室中使用沙子，水和气体的混合物生产了自己的水合物沉积物，并重现了自然界中的极端条件。他们的努力为他们提供了切合实际的相关数据，可用于开发模型。

杰克逊学院教授的共同作者彼得·弗莱明斯（Peter Flemings）说，了解甲烷气体如何穿越地下水合物层对于了解甲烷在碳循环中的作用及其对全球变暖的潜在贡献至关重要。

“论文提供了一个优雅而简单的模型来解释一些非常具有挑战性的实验，”弗莱明斯说。

这项研究的实验是在杰克逊学校的专门实验室中进行的，但是该模型是两所UT学校，杰克逊学校和科克雷尔工程学院之间跨校区合作的结果。

梅耶（Meyer），弗莱明斯（Flemings）和德克萨斯大学地球物理研究所（UTIG）的研究科学家尤克华（Kehua You）开发了原始的计算机代码来解释他们的实验结果，但是直到他们与副教授戴维·迪卡洛（David DiCarlo）合作时在UT Cockrell工学院，他们向他们展示了如何使用分析数学来表示结果，从而他们可以以反映他们在自然界看到的方式成功解决该问题。

该论文是Meyer研究生研究的高潮，它建立在之前发表的两篇专注于他的实验室实验结果的论文的基础上。梅耶（Meyer）于2018年毕业于杰克逊学校（Jackson School）并获得博士学位，现在是台北中央研究院的博士后研究员。

这项研究是由美国能源部（DOE）资助的，是美国能源部与德克萨斯大学奥斯汀分校之间更广泛合作伙伴关系的一部分，目的是调查墨西哥湾的甲烷水合物沉积物。

纳入当前研究的许多实验室实验是由UT压力岩心中心的Meyer进行的，该实验室是杰克逊学校的一个实验室，该实验室能够存储和研究2017年从天然甲烷水合物矿床中提取的加压岩心，而这仍然是唯一一家此类大学设施。

参考：Dylan W. Meyer，Peter B.Flemings，Kehua You和David A.DiCarlo撰写的“通过水合物稳定带的渗透渗流产生的气流”，2020年1月15日，地球物理研究快报。DOI：
10.1029 / 2019GL084380