大科学装置“助力”可燃冰生态安全开发(2)

在这方面，诸如美国、挪威、法国、日本等国家较早的进行了可燃冰生态环境效应研究。比如2005年，美国海底科技国家研究院建立了可燃冰海底综合观测站，针对墨西哥湾深水区域的可燃冰稳定区（HSZ）内的碳氢化合物体系状态进行长期综合监测，以期更好地理解可燃冰与沉积物失稳之间的关系。2014年建立了可燃冰化学、生物、地质与物理过程长期原位综合观测站，进一步确定可燃冰随时间的演化对地震事件的响应等。

按照当前的可燃冰产业化规划和能源规划，2030年，我国将进入可燃冰商业化开发阶段。在张偲看来，尽快掌握可燃冰开采的全生命周期过程中的生态环境变化趋势，迫在眉睫。

“我们要充分研究冷泉活动的动态变化过程，获取长周期、全方位观测资料和原位实验数据，为开发可燃冰提供强力科技支撑，这也是解决生态环境保护‘卡脖子’难题的主要途径。”张偲说。

他提到的“冷泉活动”，就是海底之下的甲烷、硫化氢和二氧化碳等气体在地质结构或压力变化驱动下，溢出海底进入海水的活动。而“冷泉”恰是探寻天然气水合物的重要标志之一。

事实上，我国两次海域可燃冰的试采成功，已发现了一系列新的科学问题及可燃冰产业化急需解决的关键技术问题。

“然而，目前的探测手段仅能获取冷泉系统的片段性数据，不能满足深层次科学研究需求，因而急需对冷泉开展长周期、原位性观测和可燃冰环境效应模拟验证，有针对性地研制一系列专用设备，对新发现的科学技术问题进行攻关。”张偲说。

大科学装置来助力

为解决高效安全开采及生态模拟和原位载人长周期观测两大技术难题，近年来，张偲正带领团队建设“冷泉生态系统大科学装置”。他表示，这是研究“三元”甲烷生态平衡的决定性大装置，也是摸清环境本底、掌握生态规律、预测未来趋势的关键。

他介绍，冷泉生态系统大科学装置包括“原位智融研究系统”和“模拟仿真实验系统”。“原位智融研究系统”则包括载人原位实验系统和原位智能观测系统。

其中，载人原位实验系统可载6位人下潜至2000米的深海生态样地，进行长达45天的实时观测、现场实验和初步研究。此外，该系统可通过选定的生态样地，开展海底“三元”甲烷生态平衡的观测与试验。它还能进行可燃冰的“五保”取芯采样，为可燃冰的研究提供原汁原味的研究样品。

海底世界环境恶劣，难以开展长时间、重复的科学研究。通过“模拟仿真实验系统”，科研人员把海底实验搬到了陆地上，他们在冷泉生系统高压模拟舱内，把从海洋采集到的相关数据和原位样本，模拟还原到仿真实验系统上来，从而开展重复实验研究。

张偲认为，实现可燃冰的绿色开发，需要认知海底天然气水合物成藏与分解动力过程、冷泉系统发育动力机制、极端环境生命演化过程与适应机制等前沿科学问题。