基伍湖：危險與機(jī)遇并存
◎? 吳興源 劉曉陽 龔鵬輝 周佐民 賀福清
基伍湖位于非洲中部地區(qū),，地處剛果民主共和國與盧旺達(dá)的交界處，其南北長度約為88千米,，東西寬度約為48千米,，湖泊水域總面積約為2700平方千米,，湖面海拔約為1460米,，平均水深約為220米,，最大深度可達(dá)475米,。從最初的非洲傳說到19世紀(jì)末探險家們具有浪漫主義色彩的報道,，再到如今科學(xué)家們的研究,，這個湖一直以來都是許多故事的主題。
一般來說,，湖泊深度能夠達(dá)到這么深的多屬于“斷陷湖”,，基伍湖正好位于東非大裂谷西支的斷裂帶上，由于板塊張裂,，湖泊所在的區(qū)域斷裂下陷,，地表水匯聚，從而形成湖盆,。然而在很長一段時間內(nèi),，人們對它的興趣遠(yuǎn)不如其他的非洲大湖（如維多利亞湖、坦噶尼喀湖等）,，因為乍一看基伍湖的食物鏈并不發(fā)達(dá),，無法發(fā)展重要的漁業(yè),。除了“基伍湖”這個名字外，它還有“爆炸湖”的別稱,。那么,，這個“爆炸湖”又是怎么回事呢？基伍湖的神奇之處應(yīng)該就在于它是一座可能隨時爆炸的湖,。美國羅徹斯特大學(xué)地球科學(xué)教授埃賓杰將基伍湖稱為“世界上最危險的湖”,，并表示“它的破壞規(guī)模將是沒有辦法想象的”。
其實,，基伍湖是一個不完全對流的湖泊,，從下到上分層明顯，即表層水和深層水基本從來不發(fā)生混合,，表層水與深層水的分界線大概在水下約250米深處,。導(dǎo)致湖水分層的原因主要有兩個，首先是沉積作用,，當(dāng)表層物質(zhì)逐漸下沉到深度超過250米時,，這些沉積物就會被“堵塞”而無法再上升,，就像在這個深度有一個“蓋子”罩住了一樣,，因此深水中的所有元素就變得逐漸富集起來，與此同時水的密度也變大,；其次,，在基伍湖水面以下約250米深處有一個熱泉源源不斷地向湖水提供鹽類物質(zhì)，這個熱泉可能是沿著火山活動形成的斷層注入湖中的,，由于溫度較高,，這些水要比表層水溫暖得多。盡管深層水比地表水溫度高出約2攝氏度,，但它們的含鹽量也相應(yīng)高得多（高達(dá)6克/升）,，這種高含鹽量增大了水的密度并極大地提高了使湖水發(fā)生充分混合所需的能量，因此一般只有淺部60米以內(nèi)的湖水才能有規(guī)律地混合,，而在水深250米以下的深層湖水幾乎完全處于靜止?fàn)顟B(tài),，這個區(qū)域也被稱為“生物荒漠”。
研究表明,，基伍湖的湖水中大約溶解了近600億立方米的甲烷,、二氧化碳及其他氣體，并且隨著深度的增加,，水中溶解的氣體量也越來越大,，這些氣體主要被溶解并儲存在“蓋子”（250米深度）下方的深層水中。其中,，二氧化碳來源于火山活動,，而甲烷則更有可能是生物成因,。基伍湖深層含有高濃度甲烷的水域具有相當(dāng)豐富的發(fā)電潛能,，但如此大量的氣體在深水壓力下溶解,，就相當(dāng)于一顆“定時炸彈”，如果一旦有外部因素（如火山噴發(fā),、滑坡或地震等）觸發(fā)溶解在水中的過飽和氣體突然釋放,，很可能導(dǎo)致一場災(zāi)難。就基伍湖的情況而言,，如果當(dāng)前溶解在水體中的所有甲烷和二氧化碳都被釋放到水面上,，那么就會在湖面上方100多米處形成一片“氣體云”。這片云將覆蓋整個地區(qū),，包括剛果民主共和國的戈馬和布卡武兩個大城鎮(zhèn),，“氣體云”將影響至少200萬人的生命安全，除了它的直接毒性外,，它還會引起近地面空間的氧氣向上逃逸（因為二氧化碳比空氣重）,，從而可能造成包括人類在內(nèi)的所有有氧生物窒息死亡。
當(dāng)然,，我們也沒有必要一直停留在最壞的情況設(shè)想中,，那樣顯得過于悲觀?？茖W(xué)研究顯示，目前275米深處湖水的氣體飽和率在50%~60%之間,。水體中氣體的濃度隨深度增加而增加,，但靜水壓力也在增加，從而允許溶解更多的氣體,。但是,，最關(guān)鍵的點也位于275米的深度，因為在氣體過飽和逸出進(jìn)而噴發(fā)的情況下,，這個深度是氣泡最先開始形成的地方,。最近的一項研究表明，1974年~2004年,，湖中甲烷的濃度從10%增加到15%,，盡管測量存在一定的誤差，但可以估計湖水在達(dá)到飽和點之前的剩余時間約為一個世紀(jì),。一般只有發(fā)生導(dǎo)致水位突然上升幾百米的重大事件才可能觸發(fā)水體的大規(guī)模自然脫氣噴發(fā),，根據(jù)對基伍湖沉積物的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它最近一次的氣體噴發(fā)可追溯到近5000年前,。
然而,，我們也必須認(rèn)真對待基伍湖氣體爆炸的風(fēng)險,，從湖水中提取氣體可以起到解除這個“定時炸彈”的作用。提取的原理本身相對簡單,，因為隨著湖水上升到表面,，它逐漸達(dá)到大氣壓力，不再足以維持強(qiáng)大的壓力來溶解大量氣體,。這就類似于打開一瓶汽水,，氣體從液體中逸出，減壓以達(dá)到其正常體積,，而從湖水中提取氣體也使用大致相同的自然過程,。隨著水位上升，逸出的氣泡將反過來導(dǎo)致水位進(jìn)一步上升,，就像水族館中的濾水系統(tǒng)一樣,，也就是所謂的“虹吸效應(yīng)”。
通常,，1公升的水和氣體的混合物在達(dá)到地表的大氣壓條件時,，就會釋放出2~3公升的氣體，這就意味著在深水中2~3公升的氣體被壓縮并溶解在1公升水中,。在地表壓力條件下,，水和氣體都恢復(fù)了正常的體積，但是它們的混合物仍然是濕的,。因此,，需要經(jīng)過一個分離器將氣相與液相分離,，該氣相包含80%的二氧化碳,、15%的甲烷和5%的氮氣。為了獲得盡可能大的甲烷百分比,，還要進(jìn)一步對這種混合氣體進(jìn)行提純,，最后得到的混合物含有80%~90%的甲烷，這時就可以用作發(fā)電的燃料了,。
從湖水中提取大量的甲烷,，可為當(dāng)?shù)氐陌l(fā)電提供能源保障，可是想要安全地排出氣體,，還是很困難,。盡管盧旺達(dá)政府自2008年以來一直在基伍湖經(jīng)營試點燃?xì)獍l(fā)電廠，但開采方法沒有經(jīng)驗可循,，而且規(guī)模很小,。目前，已經(jīng)有不少國際公司在盧旺達(dá)實施排氣工程,，但相關(guān)技術(shù)仍不成熟,。在大規(guī)模開采作業(yè)之前,，實際運行效率和產(chǎn)生的電力能有多少也是一個未知的謎題。因此,，基伍湖的天然氣（甲烷）開發(fā)之路依然任重道遠(yuǎn),。
（作者單位：中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心）
評論
已有條評論