- 调查山形县坂田海岸附近海底的表面甲烷水合物萌芽区域
- 在多个地点确认了最大宽度数米的微生物垫，表明甲烷渗漏
- 在微生物垫周围的沉积物中发现一定浓度的钼
山形县坂田近海地表甲烷水合物萌芽区示意图（左）以及微生物垫和沉积物核心的收集（右）
米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）环境创造研究部环境生理生态学研究组研究员太田佑纪、高级研究员铃村雅弘、地质信息研究部海洋环境地质研究组研究组组长铃木厚、地圈资源研究部燃料资源地质研究组佐藤干雄主要研究人员对地表进行了环境调查研究人员在山形县坂田海岸附近的海底发现了甲烷水合物胚胎区域，并发现了微生物垫（微生物的集合），表明甲烷从地下渗漏出来。多个地点的微生物垫有几米宽。对微生物垫和周围海底沉积物中所含元素的分析表明，在微生物垫下钼浓度比正常浓度高10至100倍。这表明，日本海海底的独特环境（其氧气浓度高于其他海域）以及微生物垫内的强还原环境在发挥作用。这项调查为了解日本海含甲烷水合物区域的物质循环以及评估甲烷水合物开发对环境的影响提供了重要发现。该结果将于2022年9月6日公布化学地质学它在杂志上在线发表。
甲烷水合物是城市煤气主要成分甲烷分子与水分子在低温高压环境下形成的白色冰状晶体。它在日本周围的海底大量存在，有望成为未来的国内能源。海底甲烷水合物主要分为砂层甲烷水合物和表层甲烷水合物，按深度和形状不同（图1）。到目前为止，研究和开发研究一直在日本周边海域进行，重点是太平洋一侧的沙层甲烷水合物。关于地表甲烷水合物，自2004年起，在上越海域进行了由AIST参与的学术调查，但在2013年，由AIST牵头开始了全面的全国资源量调查。到目前为止，我们已经估算了上越海岸埋藏的资源量。我们还证实，在坂田和丹后半岛附近等日本海其他地区，距海底数十米深处的泥质沉积物中也存在地表型甲烷水合物。基于这些成果，AIST自2019年起，作为经济产业省资源能源厅的“甲烷水合物研究开发项目”的一部分，从更多元化的角度进行地表甲烷水合物的研究开发（项目详情请参阅https://unitaistgojp/georesenv/topic/SMH/indexhtml)。作为该项目的一部分，为了评估甲烷水合物开发对周围环境的影响，我们对迄今为止尚未进行过详细调查的坂田海岸进行了调查，以获得现场气体和金属浓度等环境信息。
我们报告了 2020 年使用海洋研究船“Shinsei Maru”和遥控无人潜水器 (ROV)“Hakuyo 3000”在山形县坂田近海（地表甲烷水合物宿主区）进行的海底调查结果（图 2）。在推测存在甲烷水合物的海底，观察到含有大量甲烷的水涌出。在该位置的海底表面上形成了覆盖有微生物群落的独特的白色或黑色“微生物垫”（例如，Boetius 等人，2000 年；Matsumoto 等人，2009 年）。这项调查显示，在坂田海岸附近的海底凸起部分（称为“坂田山”）的多个位置存在宽度从几厘米到几米不等的微生物垫（图3），这表明坂田山的海底存在含有甲烷的泉水。利用ROV在微生物垫站点和地质相似但无微生物垫的参考站点采集长度约30 cm的表层沉积物岩心，测量沉积物中硫和27种主微量元素的含量。结果发现，与未产生甲烷的参考地点沉积物（以下简称参考地点沉积物）相比，从微生物席地点收集的沉积物（以下简称微生物席沉积物）中的硫含量高出2至5倍，钼含量高出10至100倍（图4）。此外，由于沉积物正上方的海水和沉积物内部所含元素的组成，已发现在微生物垫沉积物中，从地下深处涌出的甲烷通过微生物与沉积物正上方的海水供给的硫酸根离子发生反应。厌氧甲烷氧化”正在发生。从微生物垫沉积物中硫的高浓度可以推断，这种厌氧甲烷氧化反应还原了微生物垫沉积物中的硫酸根离子，生成硫化氢，然后与沉积物中所含的金属反应，形成硫化铁等硫化物矿物。众所周知，海水中存在的一些微量金属元素（例如钼）很容易融入海底沉积物中的硫化物矿物中，并且在坂田丘的微生物席沉积物中也检测到了高浓度的钼。另一方面，铜等其他微量金属元素也很容易富集在硫化物矿物中，但在坂田丘的微生物垫沉积物中没有观察到显着富集。
图2 山形县坂田海域底部地形图，海洋考察船“新星丸”号和遥控无人潜水器（ROV）“白洋3000”号
图3 在日本海坂田丘上观察到的微生物垫（左）和海底沉积物核心样本的收集（右）
图4 沉积物核心半剖面照片及沉积物中硫、钼含量
与其他海域不同，日本海从表层到底层在约300 m或更深的深度都保持着高浓度的溶解氧。”日本海的特殊水''的海水正在扩散。在这样的环境中，从陆地供应的铁和锰等金属元素与海雪一起有效地输送到沉积物中，同时保持其难以溶解在海水中的氧化物状态。钼在海水中以离子形式存在，与铜等其他微量金属元素不同，钼很容易被铁和锰的氧化物吸附，因此推测在日本海，钼优先从海水供应到海底沉积物。由于海水的有效传输和沉积物中硫化物矿物的结合的综合作用，钼被认为集中在微生物垫沉积物中（图 5）。此外，由于金属浓度也会影响周围的微生物，因此构成垫子的微生物也可能反映了该海域的特征。
图5 与日本海独特水域相关的日本海甲烷水合物萌芽区厌氧甲烷氧化和钼富集途径
*本演示文稿中的摘要图，图 2、图 3、图 4 和图 5 是对原始论文中的图的引用和修改。
这项研究的结果提供了关于地表甲烷水合物胚胎区域中痕量金属元素动力学的新知识。它还将有助于阐明深海海底环境中稀有金属元素的富集和积累以及矿床形成的机制。此外，它还可用于评估由于与甲烷水合物开发相关的海底扰动而引起的微量金属元素扩散对周围环境的影响。
日本海表层甲烷水合物的存在已被证实十多年，但甲烷水合物和海底涌出的甲烷驱动的物质循环过程仍不清楚。除了在其他海洋区域进行调查外，我们还将阐明广泛的物质循环过程，包括生态系统和食物网。
已出版的杂志：化学地质学
论文标题：日本海东北部与甲烷渗漏相关的微生物垫覆盖沉积物中甲烷的厌氧氧化和微量元素地球化学
作者：Yuki Ota、Masahiro Suzumura、Ayumi Tsukasaki、Atsushi Suzuki、Kyoko Yamaoka、Miho Asada、Mikio Satoh
国立产业技术综合研究所
环境创造研究部、环境生理生态研究组
研究员 Yuki Ota 电子邮件：yota*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）