水中无水合物及含水合物气体气泡上升速度的实验室测量

研究深海甲烷气泡水合物形成对上升速度的影响，通过实验室测试无水合物及水合物的甲烷、氙气气泡，发现水合物使气泡形状改变并减缓速度约10%，但McGinnis等2006年提出的气泡上升速度模型仍能有效预测不同气泡的上升速度。

　　

摘要

在深海中，追踪甲烷的传输变得更加复杂。因为海底释放的甲烷气泡处于高压和低温的环境中，这些条件有利于气泡表面形成水合物。水合物的形成会使气泡表面变得坚硬，从而阻碍气泡大小、形状和上升速度之间的动态相互作用，而气体传输模型通常依赖这种相互作用来预测气泡的上升速度。为了更准确地约束气体传输模型的预测，我们进行了受控的实验室测量，研究了无水合物的空气、甲烷和氙气气泡以及被水合物包裹的氙气气泡的上升速度。将实验结果与几种已发表的用于研究海洋中气泡溶解过程的参数化模型的预测结果进行了比较。对于无水合物和被水合物包裹的气泡，McGinnis等人（2006年，https://doi.org/10.1029/2005jc003183）的参数化模型提供了最准确的预测结果。

通俗语言总结

甲烷是天然气的主要成分，人类将其作为燃料使用，某些微生物也将其作为食物来源。甲烷在环境中具有很高的流动性。追踪甲烷的迁移路径（例如从海底释放的气泡）有助于量化多个方面的问题，包括甲烷如何以及在哪里影响食物链、人类的能源需求，以及如果甲烷进入大气层会对全球气候产生什么影响。复杂的是，当甲烷暴露在深度约300-600米以下的低温高压海水中时，会形成一种称为水合物的固体。我们进行了实验室测试，研究了带有水合物壳层和不带水合物壳层的气泡，以测量这些壳层如何影响气泡的上升速度。研究发现，水合物通常会使气泡上升速度降低约10%（主要是由于使气泡形状变得不规则），但尽管如此，McGinnis等人（2006年，https://doi.org/10.1029/2005jc003183）的模型仍能准确预测带有或没有水合物壳层的气泡的上升速度。

利益冲突

作者声明与本研究无关的任何利益冲突。

数据可用性声明

本手稿中用于生成图表和展示的数据可从USGS Science Base在线获取（Padilla & Waite, 2026）。