中国科学院海洋所研究揭示深海冷泉甲烷通量被严重低估！

近日，国际地学刊物The  Innovation  Geoscience《创新地球科学》在线发表了中国科学院海洋研究所深海生态系统过程和健康评价课题组在南海冷泉甲烷原位探测研究中的最新进展。深海冷泉是海底甲烷排放的关键通道，长期以来，由于难以直接、准确地量化声学羽流分布和原位甲烷浓度等关键参数，全球海洋甲烷预算存在显著的不确定性。我所研究人员基于最新的深海原位探测与稳态模型发现南海冷泉的甲烷排放量远超想象（图1），这一发现为海洋温室气体源汇核算提供了重要科学依据。

图1 基于深海原位探测的南海活跃冷泉区甲烷排放通量

深海冷泉作为海底甲烷排放的重要通道，其通量估算对全球碳循环和气候变化研究具有重要意义。基于原位探测的深海冷泉甲烷排放通量估算较为稀少，目前研究多依赖于多波束声学监测气泡羽流，或结合视频/照片估算气泡参数与模型计算通量，仅能提供半定量或偏差较大的估算。长期以来，受限于关键参数（声学羽流分布、原位浓度）难以直接准确量化的瓶颈，全球海洋甲烷收支估算存在显著不确定性。

图2 南海冷泉近海底不同生境原位环境探测

本研究以南海北部陆坡活跃冷泉区Site F为研究对象，结合深海原位探测技术与地球化学稳态模型，定量刻画了冷泉甲烷从海底释放到水体的迁移转化过程。本工作的技术突破在于集成多参数协同探测设备，并进行精细尺度的海底原位环境探测。研究团队利用集成甲烷传感器、溶解氧传感器、底层海流计及温盐深测量仪的多参数传感系统及同步精准取样设备，通过“科学号”科考船搭载的遥控无人潜水器（“发现号”ROV）在2017、2018和2020年三个航次中对活跃冷泉区不同生境近底层海水环境场进行精细探测（图2），克服了传统采样方法的空间代表性问题，实现了对甲烷、溶氧等关键环境参数的连续、高分辨率观测（图3）。

图3 南海冷泉近海底水体原位环境参数时空分布特征

基于原位观测数据，研究团队建立了稳态箱式模型，量化了冷泉区甲烷的迁移转化路径：水平平流（Adv）、垂直扩散（Dif）和微生物氧化（Ox）。研究结果显示，活跃渗漏区的甲烷通量达到0.53-3.23 mol m-2 d-1，比冷泉沉积物－水界面扩散通量高出3个数量级（图4）。这一显著差距揭示了过去研究严重低估了冷泉甲烷的排放强度。同时，模型结果显示南海海底冷泉甲烷的迁移和清除主要受水平平流控制，相比之下，垂直扩散和微生物氧化过程的贡献较小。这一结果揭示了冷泉区甲烷迁移的新机制：冷泉区大量甲烷并非在原位水体被氧化，而是通过水平平流输送至远离渗漏区的海域。这一发现解释了以氧化为主导的传统模型的估算为何低估甲烷通量，也为理解甲烷的海洋生物地球化学循环提供了新视角。

据此估算，南海冷泉区甲烷年排放量达0.70-4.22 Gmol，若将这一结果外推至全球大陆坡活跃冷泉，则每年以溶解态形式进入水圈的甲烷相当于126 Tg碳。这一数值是浅海大陆架甲烷排放估算值的2倍，也显著高于此前对全球泥火山甲烷释放量的估算值，凸显了深海冷泉在全球甲烷循环中被长期忽视的重要地位。

图4 南海冷泉不同海底生境的甲烷通量

本研究结合深海原位观测与稳态模型，首次定量揭示了南海冷泉甲烷排放通量被严重低估的事实，并明确了水平平流在冷泉海底甲烷迁移中的主导地位。这些发现不仅革新了对深海甲烷循环机制的认识，也为全球甲烷收支评估提供了关键数据支撑。未来研究需要扩大观测范围，覆盖更多类型的冷泉系统，并开展长期观测以捕捉时间变异特征，从而进一步提高全球海洋甲烷收支的估算精度。

论文第一作者为中国科学院海洋研究所深海中心曹磊助理研究员，中国科学院南海海洋研究所李超伦研究员和中国科学院海洋研究所王敏晓研究员为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学重点基金、南海冷泉科技基础资源调查专项等项目的资助。

论文信息：

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

• 信息来源：中国科学院海洋所。

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