本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
编者按:由John Kessler领导的一个研究团队前往深水地平线灾难区域,他是德克萨斯A&M大学地球科学学院首席科学家兼助理海洋学教授,目的是研究甲烷泄漏到墨西哥湾的情况(以及每天在受损的马孔多252油井现场泄漏的数万桶原油)。Kessler 与David Valentine(加州大学圣塔芭芭拉分校海洋沉积物地球化学、生物地球化学和地质微生物学教授)及其同事希望在 6 月 20 日他的团队返回家时,对泄漏规模进行粗略估计,然后在他们完成对收集信息的分析后,进行更准确的估计。搭乘 RV Cape Hatteras 号进行的考察的其他目标包括试图确定如何从水中去除甲烷(是被水生微生物吃掉还是释放到大气中)以及甲烷浓度将如何随时间变化。以下报道由 Valentine 和德克萨斯 A&M 大学博士研究生 Eric Chan 撰写。这是该团队为《大众科学》撰写的第五篇博客文章。
2010年6月18日,星期五
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作者:David Valentine,加州大学圣塔芭芭拉分校海洋沉积物地球化学、生物地球化学和地质微生物学教授
一位睿智的教授曾经告诉我,作为一名海洋学家,你应该在出海前彻底测试你所有的工具和技术。但是,面对这场石油灾难以及它为理解我们世界如何运作提供的独特机会,这变得不可能。我认为,在这种情况下,即兴发挥和适应接收到的数据同样有价值。作为一名化学海洋学家,现代工具和设备使这变得越来越有可能。在这次航行中,给我留下最深刻印象的例子是使用腔衰荡光谱法(CRDS)测量甲烷和二氧化碳中稳定同位素丰度的设备。
首席科学家 John Kessler 带来了几台Picarro仪器,用于近乎实时地高频率分析水和空气样本。我们已经发现了这些工具的另一种“标签外”用途,用于跟踪微生物消耗碳氢化合物气体的速率。通过用少量含有高浓度稳定同位素的气体喂养新鲜的富含碳氢化合物的水样本,我们现在能够跟踪选定的碳氢化合物气体消耗成其天然产物二氧化碳的过程——而且我们可以在船上完成这项工作。以前,这需要一台笨重且脾气暴躁的质谱仪在陆地上才能完成。
在船上获得这种知识的优势在于,我们能够在海上开发和优化技术,这使得我们能够在本次航行中以其他方式根本无法实现的方式跟踪碳氢化合物气体的呼吸速率。此外,这些知识正在帮助我们设计实验,用稳定同位素标记负责任的细菌,这将使我们能够在航行结束后对其进行识别和研究。
现在回到眼前的一天。今天早上早些时候,我们面临着一个有趣的情况;我们刚到达早上的第一个站点,正准备将CTD[电导率、温度和深度仪]放入水中时,另一艘船靠了过来,礼貌地告知我们他们正在进行可控燃烧,并建议我们应该移动我们的船只。研究船天生就是行动迟缓的野兽,它们永远无法像不耐烦的科学家希望的那样快速移动,但感觉上我们加速得比平时快了一点,因为海面被点燃了,滚滚黑烟升腾到上方的大气中(见插图)。自从我们到达以来,我们从远处看到了可控燃烧,其特征是浓密的黑色烟柱,通常还有一条云迹,据推测是由过多的凝结核引起的。这是我第一次如此近距离地看到海面燃烧,再次提醒我这次泄漏对生态系统、海洋和墨西哥湾沿岸各州的人民来说是多么严重。
可控燃烧的图片由加州大学圣塔芭芭拉分校的 David Valentine 提供
2010年6月18日,星期五
作者:Eric Chan,德克萨斯A&M大学博士研究生
我早上 8:30 左右醒来,我的导师(Kessler 博士)在厨房里找到睡眼惺忪的我,告诉我他们正在我们的船旁边燃烧石油。我们走到后面,看到滚滚黑烟从海面升起。我们沮丧地看着燃烧的浓烟;所有燃烧的石油都向空气中排放了更多的二氧化碳和污染物。最终,太阳被燃烧石油产生的烟雾遮蔽,这真是一个令人难过的景象。很高兴我们有机会研究这场灾难,在正常情况下,没有人会允许我们向水中倾倒大量的甲烷来模拟和研究地质现象,但作为这个星球的居民,看到水面覆盖着油腻的粘稠物和油膜,真是一个令人沮丧的场景。
今天我们查看了一些光谱数据。我们拥有的 CRDS 装置测量二氧化碳 (CO2) 和甲烷 (CH4) 的浓度。这特别有用,因为我们正在确定甲烷是否正在从泄漏的油井向上渗透到地表。这与水柱剖面分析相结合,将帮助我们了解甲烷的快速释放是如何在水柱中移动的。我们在一些站点发现溶解氧在 900 米、1050 米和 1200 米附近有三个明显的下降。我们很兴奋,并对这三个峰值进行了甲烷碳同位素采样。我们收集了大约二十几个捕集器,从收集的海水中提取溶解的甲烷,以便我们可以对其进行分析,并确定甲烷的来源以及其他特征。
船上的日常生活主要围绕工作,不工作的时候我们就 চেষ্টা to eat and sleep。管事 Mike 是[北卡罗来纳州]的一位好厨师,他让我们营养充足,以便我们能够继续工作。我们大多数人发现最好的东西是装满冰淇淋的冰柜,它让我们感到愉快和快乐。第二天我连续工作了 30 个小时,痛苦是用大量的咖啡和 Monster [能量饮料]来缓解的。其余的科学团队精神状态良好,并有动力获取更多数据。每个人都在尽力帮助其他人,尤其是在这些漫长的工作日里。
我们会在休息时拍摄石油燃烧和覆盖海面的油膜的照片。气味闻起来像混合了燃料的机油。过去几天零星地下了雷暴雨,空气已经足够清新,所以我们不必像以前那样频繁地佩戴呼吸器。总的来说,这是一次很好的航行体验,我期待未来有更多机会在水上进行研究,但希望没有大规模的环境灾难。
现在是星期五晚上,我们只剩下 24 小时来尽可能多地采集样本。
RV Cape Hatteras 科学工作区的图片,作者:Eric Chan,德克萨斯A&M大学博士研究生