北溪甲烷泄漏，对14%的波罗的海水域造成巨大影响
2022年9月26日，波罗的海发生了一场灾难性事件。北溪管道是将俄罗斯天然气输送到欧洲的重要基础设施，该管道遭到严重破坏，导致三条独立管道沿线的四个爆炸点发生大量甲烷泄漏，由此产生的甲烷排放量估计在443-486千吨之间，这场环境灾难的影响是立竿见影且影响深远。
此次泄漏的甲烷羽流覆盖了波罗的海14%的海域，已成为研究管道相关甲烷泄漏影响的案例，该事件引发了全球科学界的响应，研究人员部署了卫星图像、流体动力学建模和高分辨率甲烷传感器等尖端工具来研究这种气体在大气和海洋环境中的行为。
近年重大的甲烷排放事件
北溪甲烷泄漏并非孤立事件，世界各地的许多研究都集中于各种来源的甲烷排放，包括天然气基础设施、水下甲烷渗漏，甚至深海石油泄漏。
比较典型的就是2010年，墨西哥湾深水地平线漏油事件，是海洋甲烷研究的先例，数月内有20万吨甲烷被排放到墨西哥湾。深水地平线漏油事件向海洋释放了大量甲烷，尽管主要关注点是石油，但此次漏油事件也涉及到从井口泄漏的甲烷，形成了巨大的水下甲烷羽流。
研究人员利用水声传感器追踪深海中的甲烷扩散情况，发现甲烷羽流传播到了1,000米深处，严重改变了该地区的海洋生态系统。与北溪事件类似，微生物群落消耗的甲烷导致某些地区的氧气耗尽。然而，与波罗的海不同，较深的海湾水域经历了不同的生物地球化学过程，包括海洋微生物对甲烷的快速氧化。
此外，北极西伯利亚大陆架周围的甲烷渗漏也引起了人们的关注，这些天然气矿床将大量甲烷泄漏到海洋中。研究人员使用卫星图像和水下传感器跟踪甲烷羽流并估算释放到海洋中的气体量，北极的甲烷泄漏导致局部缺氧，由于微生物消耗甲烷，周围水域的氧气含量下降。这项研究对于了解永久冻土区天然气泄漏如何影响海洋生态系统非常重要。
虽然甲烷扩散和微生物反应的具体动态不同，但甲烷泄漏对海洋氧气水平和食物网的总体影响是一致的，都导致了海洋生物多样性的变化。在某些情况下，专门消耗甲烷的新微生物物种蓬勃发展，而其他物种则被淘汰。
甲烷对海洋健康的生物地球化学影响
甲烷泄漏时间都显著改变了海洋生物地球化学循环，特别是通过消耗氧气和破坏营养循环，微生物对甲烷的消耗导致水体中氧气耗尽，形成了几乎没有海洋生物能够生存的死区，进而对整个海洋生态系统产生连锁效应。
微生物食物网对甲烷的引入特别敏感，在甲烷泄漏后，甲烷氧化菌等以甲烷为食的细菌在甲烷存在的情况下茁壮成长，这会改变水中微生物种群的平衡，这种转变会影响其他营养物质和资源的可用性，并可能对食物链产生连锁影响。在某些情况下，与甲烷有关的微生物活动的增加可能导致海洋生物多样性整体减少。
北溪天然气泄漏的规模和直接影响
北溪管道破裂不仅在地缘政治方面影响重大，在环境科学方面也同样重大，北溪管道破裂一次重大的单一泄漏源，科学界迅速行动起来，全面了解这场灾难的影响范围。
疑似有443-486kt甲烷从北溪管道泄漏，泄漏地点分布在三条管道的四个爆炸点，甲烷从管道中扩散，导致波罗的海甲烷浓度升高，气体云从泄漏点延伸至45公里，部分气体直接逸入大气。研究人员使用自动滑翔机和一艘装有仪器的随机船对甲烷浓度的持续高分辨率观测，揭示了溶解甲烷在波罗的海不同地区和海洋保护区的时间和扩散情况。
研究发现，泄漏的甲烷扩散到了整个波罗的海的14%以上，甲烷浓度是正常水平的五倍。波罗的海本来就是一个低氧、营养敏感的环境，大量甲烷的涌入可能会加剧现有的缺氧问题，并破坏当地的海洋食物链。
甲烷泄漏对环境的主要影响是向大气中排放甲烷，研究表明，最初溶解的大部分甲烷最终会释放到大气中，从而增加了欧洲的温室气体排放。甲烷在大气中充当温室气体，导致全球变暖。综合多个站检测到的甲烷浓度远高于自然变化，但羽流在几天内消散，10天左右泄漏附近（约10公里）的大气浓度与背景浓度相差20%以内。在已知区域底层水（亚盐跃层水）在时间上严重缺氧且富含甲烷，支持甲烷氧化微生物的存在。
然而，北溪爆炸的直接冲击波被怀疑会影响海洋哺乳动物种群，包括极度濒危的港湾鼠海豚，也可能导致水柱中氧气进一步减少并影响底栖生物群落。事故发生后一年的波罗的海环境监测计划结果并未显示与长期观测和趋势的异常偏差，表明长期来看，对海洋环境和生态系统健康影响较小的声明。
这项研究为了解甲烷如何在复杂的海洋环境中扩散以及它在水柱或大气中停留多长时间提供了宝贵的见解。
思考
如此大量的甲烷排放对波罗的海的海洋生态系统和生物多样性有何长期环境影响？波罗的海随着时间的推移能多有效地吸收和降解甲烷，哪些因素影响这一过程？这一单一事件如何对气候变化的大背景产生影响，对全球甲烷减排目标有何影响？如何改进水下管道甲烷泄漏的检测和监测，以防止将来发生事故？
参考文献：Martin Mohrmann, Louise C. Biddle, Gregor Rehder, Henry C. Bittig & Bastien Y. Queste ，Nord Stream methane leaks spread across 14% of Baltic waters. Nature Communications volume 16, Article number: 281 (2025) ，doi.s41467-024-53779-0