Gas Hydrate

Gas Hydrate又稱甲烷水合物(Methane Hydrate)系水分子與甲烷于低溫高壓(0℃，26大氣壓或10℃，76大氣壓下)形成類似冰狀物質，在常溫常壓下即分解成水與甲烷，Gas Hydrate在水深數百公尺的大陸邊緣地區存在如太平洋海域之大陸邊緣，大西洋的大陸斜坡，南極大陸周邊海域，Kvenvoden 1996年估計Gas Hydrate總儲量為1 x 1016(m)3，如能夠開采將成為重要之能源，因為甲烷為溫室效應氣體，故其與全球氣候之變化將為海突候之變化將為海洋鉆探研究之重點。Gas Hydrate之存在與海底之穩定性亦有密切之關系。

什么是甲烷水合物

「可燃燒的冰塊」，這是許多人在介紹甲烷水合物時很喜歡引用的標題。在實驗中人工合成的甲烷水合物就像一塊不透明的冰塊般純白、潔凈，在室溫下一點火，它就自我燃燒起來(圖一)。嚴格說來，甲烷水合物指的是甲烷氣體分子在高壓及低溫的狀態下，被呈籠狀晶結架構的水分子所包合，而形成一種類似冰晶的化合物。這種氣體分子和水分子的結合并不依靠化學的鍵結，純粹是氣體分子被包裹在水分子的籠狀架構空隙中，與一般化學反應所產生的水合物性質并不相同。有的學者因而認為應稱其為「甲烷氣水包合物」(methane clathrate)，以別于一般以化學鍵方式結合的水合物。另外，大自然中與水分子結成籠狀包合物的氣體分子并不限于甲烷，乙烷、丙烷等烷氫類氣體，甚至二氧化碳、氮氣等常見氣體，在適當的高壓低溫條件下，均會與水分子結合成氣水包合物。事實上，這類氣水包合物的英文名稱為「gas hydrate」，直譯應為「天然氣水合物」或「瓦斯水合物」。由于自然界中的天然氣水合物其氣體成份以甲烷為主(超過90%)，因此一般人常把氣水包合物稱為「甲烷水合物」。本文隨俗，用「甲烷水合物」代表學理上較嚴謹的「天然氣氣水包合物」一詞。

紅海的鹽份

世界上地質年代最年青的內陸海。位于亞洲阿拉伯半島和非洲大陸之間﹐為印度洋的地中海。南以曼德海峽與阿拉伯海的亞丁灣相接﹐北經蘇伊士灣和蘇伊士運河﹐與大西洋的地中海相連。全長2253公里﹐東西最大寬度為306公里﹐總面積為45萬平方公里﹐平均水深558米﹐最大水深3039米。1869年開辟了蘇伊士運河后﹐使北歐-北印度洋航線縮短了9000公里﹐紅海成為直接溝通印度洋和大西洋的重要國際航道。在通常情況下﹐紅海海水呈藍綠色﹐有時當紅海束毛藻大量繁盛時﹐海水便轉變為紅褐色﹐故稱“紅海”。

地質地形岸濱陸架水深大多淺于50米﹐且多礁石。紅海沿岸廣泛發育著珊瑚礁﹐兩岸幾乎全由珊瑚礁形成的曼德海峽﹐寬僅26～32公里﹐水深約 150米。海峽中散布著淺灘﹑暗礁和小島﹐以丕林島最大(面積僅13平方公里)。海峽下部還有一道海檻。這些都限制了紅海與亞丁灣的水交換。紅海的中軸線為中央海槽﹐大部深于1500米。海槽中部出現幾處深邃的“V”形裂谷﹐為紅海最深的地方。

海盆是大陸分裂的產物﹐非洲板塊與阿拉伯板塊之間的裂谷沿海盆軸通過。如將兩側大陸的輪廓線并合在一起﹐恰能密切嚙合。研究證實﹐非洲大陸與阿拉伯半島開始分離約在2000萬年前﹐而在近300～400萬年來﹐由于海底擴張﹐紅海兩岸仍以每年2.2厘米的平均速度繼續分離。因此﹐紅海是地球上最年青的海域﹐是個未發育成熟的大洋。海底沉積物﹐主要由珊瑚礁和其他鈣質生物碎屑組成﹐并含有少量由風帶來的陸源物質。

自20世紀60年代初以來﹐在裂谷底層水中﹐發現了若干水溫和鹽度特別高的地點﹐那里近底層水溫達34～56 C﹐鹽度達74～310﹐比其他深層海水鹽度約高2～9倍。研究查明﹐這是由于裂谷擴展時﹐涌上來的熔巖加熱了沿裂隙下滲的海水﹐而富含溶解鹽類和礦物質的熱水重新上升所至。

氣候干熱的熱帶沙漠氣候﹐并兼有季風氣候特征。冬半年﹐北部盛行西北風﹐南部盛行東南風﹔夏半年﹐全海區多東北風﹐風速為3.4～10.7米/秒。全海區多塵埃﹐明朗的日子少。月平均氣溫2月最低(北部15.5 C)﹐8月最高(南部32.5 C)。降水多集中于冬季﹐年平均降水量北部28毫米﹐南部約127毫米。年平均蒸發量2100毫米。由于無徑流入海﹐通過蘇伊士運河與地中海的水交換也極微。只是由于從印度洋流入紅海的水量超過紅海流出的水量﹐才使紅海不致因為強烈的蒸發而干涸。

水文特征紅海為世界上鹽度最高﹑水溫很高的海域之一﹐其平均值分別為40.35和22.67 C﹐月平均水溫以2月最低(18 C)﹐8月最高(35.5 C)﹐年變幅為9～10 C。年平均鹽度北高(>41.0)南低(36.5)﹐年變幅為2.0～2.5。主要水團有﹕紅海表層水﹐位于 50～100米以淺的水層﹐溫﹑鹽度的時空變化較顯著﹔變性亞丁灣水﹐分布于中部以南的次表層﹐由曼德海峽流入的亞丁灣水變性而成﹔紅海深層水﹐只限于200～2000米的深層﹐溫﹑鹽度分布較均勻﹐季節變化和逐年變化也很小。

海流受控于海面的蒸發過程。冬﹑春季﹐源于亞丁灣進入紅海的補償流﹐在盛行東南風的影響下比較發達﹔夏季﹐風向相反﹐該海流只能在曼德海峽的中層流入。而在紅海表層則出現一支由紅海流向亞丁灣的風海流。在曼德海峽底層還經常有一支從紅海流出的底層密度流。這支高溫﹑高鹽水體越過曼德海峽后向南擴展﹐成為印度洋次表層高鹽水的主要源頭。另外﹐在紅海中還有相當顯著的橫向海流。

潮汐屬半日潮性質﹐南北兩端潮汐位相幾乎相反﹐當南端為高(低)潮時﹐北端為低(高)潮﹔潮差不大﹐南北兩端大潮潮差分別為1.0米和0.6米。潮波由印度洋經曼德海峽傳入﹐協振潮特征較為典型。

生物和資源海洋生物具有印度洋 -太平洋熱帶生物的區系特征。植物種類較少﹐動物種類頗多﹐魚類有400余種﹐海豚﹑儒艮﹑鯊魚和大型龜鱉等均屬常見。初級生產力較低﹐葉綠素含量為19毫克/米﹐約與大西洋的馬尾藻海相當。礦物資源有石油和蒸發鹽礦床﹐以及在裂谷洼地底層軟泥中新發現的重金屬礦。