北极斯瓦尔巴特群岛及邻区天然气水合物分解对气候、海洋环境和生物的影响

聂云峰，于 晶，陈宏文，万 玲，范广慧，房 强，吴怀春

(1.中国地质大学(北京) 生物地质与环境地质国家重点实验室, 北京 100083; 2.中国地质大学(北京) 海洋学院, 北京 100083; 3.广州海洋地质调查局, 广东 广州 510075)

0 引 言

天然气水合物(以下简称水合物)是一种由天然气和水结合而成的结晶状化合物[1-2]，在相对低温(<10 ℃)和一定的压力(3～5 MPa)条件下形成，广泛分布于大陆边缘和永冻层中[3]。据估算，全球水合物储层中的天然气储量可达1×1015～5×1015m3(相当于500～2 500 Gt甲烷碳)[4]。稳定条件下的水合物相当于一个具有巨大潜力的碳汇，在全球碳循环中发挥重要作用。天然气水合物作为一种潜在的能源储备引起了人们的广泛关注[5]。

天然气水合物一方面能带来极高的经济价值，但另一方面水合物不稳定时引起的潜在环境效应也不可忽视。海洋沉积物中水合物的稳定性主要受底层水温度、海底地温梯度、水压及岩层压力、孔隙水盐度和天然气不同组分结构等条件影响，这些参数决定了可以维持水合物稳定的区域范围，即天然气水合物稳定带(gas hydrate stability zone, GHSZ)的位置[6]。在高纬度地区，受大陆边缘冰盖含量影响的压力变化也是控制GHSZ范围的重要因素[7-8]。水合物的稳定性对环境的变化十分敏感[9]。过去2万年来，冰川后退，全球海平面持续上升，高纬度大陆架逐渐被淹没，底层水温也出现上升趋势。海水温度升高的影响甚至波及到了中、高纬度地区一些较深的大陆斜坡区域(200～600 m)。有证据表明，很多地区GHSZ的面积正在逐渐缩小[10-11]，由此从大陆架排放到海水的甲烷每年可达8～65 Pg[12]。大量甲烷向水体转移，会使海水中氧气含量减少而发生酸化，大气中温室气体浓度上升，进而加剧全球温室效应[13-14]。地质历史上曾发生了多次快速气候变化事件，可能与水合物分解导致的甲烷气体大规模泄露有关。例如，在新元古代(1 000～541 Ma)南沱冰消期(约635 Ma)升温事件中，约有3 000 Gt C从水合物储库中释放出来[15]。在早侏罗世(阿尔托期，约183 Ma)，地球轨道力引起的长期变暖事件可能导致了多次轻碳的释放[16]，导致多达5 000 Gt C排放进入海-气系统[17]，这一过程很可能与大规模甲烷水合物分解相关[18]。另外，古新世—始新世极热事件(PETM)期间大规模甲烷水合物分解并向海-气系统中释放了1 100～2 100 Gt的轻碳[19-20]。分解的水合物还会明显降低沉积物强度，引起斜坡失稳和海底滑坡等地质灾害[21-22]。如美国东南部、新西兰地区等频繁发生的斜坡失稳事件[22-23]，以及挪威境内史上最大的Storegga滑坡[24]，都被认为与水合物的分解存在一定联系。此外，水合物冷泉活动性的波动对北极海域底栖生物群落的稳定性与多样性也有一定的影响[25]。因此，水合物分解对全球生态系统的影响是显而易见的。当前，部分学者指出海洋甲烷水合物的稳定性已达到全球碳循环的一个临界点，甚至认为水合物储层已经越过了稳定状态的边界[26]。

北极和近北极海洋沉积物中存在巨大的甲烷储库[27-35]。北冰洋极低的海水温度为大陆边缘浅水斜坡沉积物中水合物的形成提供了条件，因此该区域GHSZ的深度比其它地区大陆边缘(约300 m)更浅，水合物对气候变暖更为敏感[36]，对未来生态系统的影响也更为关键。在全球气候变化的大背景下，北半球高纬度地区相较于其它地区经历了一个更明显的升温过程[37]。在北极、北大西洋、北太平洋等地区，甲烷气体正从不稳定的水合物中释放[38-42]。2008年，斯瓦尔巴特群岛(Svalbard archipelago)西部海域的GHSZ向陆边界附近发生了甲烷泄漏事件[38]，人们推测与水合物的分解有关[43-45]。由于观测手段等限制，大多数对水合物状态的研究仅仅是基于理论估算，斯瓦尔巴特群岛边缘地区甲烷泄漏的原因还存在一定争议。本文系统整理了前人对斯瓦尔巴特群岛地区水合物分解释放甲烷的过程与气候变化之间关系，以及甲烷释放后对环境、生物影响的相关研究，对之进行综合分析，为更好预测水合物对未来气候变暖的响应和水合物开采对生态环境可能造成的影响以及相应防治措施的选择提供理论依据。

1 斯瓦尔巴特群岛和邻区地质背景

北极地区包括北冰洋及其周围的大片陆地。北冰洋中央为一深水盆地，与大西洋和太平洋相连，浅海陆架区十分广阔。大西洋深水通过西斯匹次卑尔根流(West Spitsbrgen Current)向北搬运到北冰洋，可能是导致北冰洋深水温度升高的原因之一[46]。斯瓦尔巴特群岛位于北大西洋东北部大陆架边缘的高纬度地区(76°N—81°N)(图1)，因其受西斯匹次卑尔根流的影响，斯瓦尔巴特群岛的气候相较于北极其它高纬度地区更为温和。

图1 斯瓦尔巴特群岛地区位置图(据Åström等[25])Fig.1 Location of Svalbard archipelago (after Åström et al. [25])PKF.卡尔王子岛，斯图尔峡湾海槽与贝尔艾兰海槽记录了末次冰期的冰川活动

位于斯瓦尔巴特群岛东南部的巴伦支海(Barents Sea)，是北极圈内最大的浅海陆架区，存在大量末次冰期结束后形成的浅滩和深谷[47](图1)。在斯瓦尔巴特群岛西部的大陆架坡折处同样也发现了冰盖记录[48]。海底的多个大型线性构造，以及楔形、犁形痕迹表明，末次冰期时期巴伦支海和西斯瓦尔巴德群岛很可能被冰川覆盖[49-50]。受多期次冰川活动和相关构造剥蚀影响，大量甲烷从深部储层中析出[6]。现今斯瓦尔巴特群岛海底的甲烷泄漏事件主要发生在卡尔王子岛(Prins Karls Forland)西部和巴伦支海西北部[38,51]，利用甲烷水合物稳定性模型(CSMHYD项目[2])可以模拟出斯瓦尔巴特群岛周围所有已知或潜在的甲烷泄漏区域(图2)。

图2 斯瓦尔巴特群岛附近已知的和模拟得到潜在的甲烷泄漏区(据Myhre等[52])Fig.2 Measured and simulated leaking locations of CH4 near Svalbard (after Myhre et al. [52])

2 研究区水合物分解过程和控制因素

斯瓦尔巴特群岛及邻区在末次冰期旋回过程中经历了极为重要的温度、压力和地壳平衡系统的变化[50,53-54]。Serov等[55]结合钻井资料、地震数据及前人研究结果，利用冰川经验模型对这一过程进行了恢复与重建。结果表明，全球气候在约35 ka变冷并触发了巴伦支—喀拉海(Kara Sea)冰盖的生长，给斯瓦尔巴特群岛大陆架提供了广泛的高压、低温环境[9]。到了末次冰盛期(32～20.5 ka)，24 ka左右冰盖达到最盛，延伸至西斯瓦尔巴特岛陆架坡折处[56]。该时期斯图尔峡湾海槽地区覆盖的陆地冰川厚达900～1 000 m，冰下的低温(平均为-2 ℃)再加上超过8 MPa的高压，创造了一个200 m厚的冰下水合物稳定区间，并在陆坡处与海底GHSZ合并形成了连续的水合物区。

22.5～20 ka，冰盖开始急剧消退[57-58]，温度骤增以及压力骤降导致水合物稳定区不断收缩并释放气体，冰流自14.5 ka(大致与海因里希事件Ⅰ期及博灵—阿勒罗得间冰段相当)开始退至斯图尔峡湾海槽内部。冰盖加速消退作用同时伴随着来自大西洋4～5.5 ℃的暖水的注入，在水温上升和均衡反弹的双重作用下，剩余的GHSZ也消失殆尽，进而使得1.8万年以来积累的甲烷大规模释放并沿着海底气体通道排出[59]，在斯图尔峡湾海槽地区形成了一些直径达数百米的圆顶构造，即水合物丘状体[1,60-61]。

图3 斯图尔峡湾海槽地区冰盖演化及GHSZ变化过程(修改自Serov等[55])Fig.3 Evolution of ice sheet and GHSZ in Storfjordrenna (modified from Serov et al. [55])GHP.水合物丘状体；GHSZ.天然气水合物稳定带；下文同

由于新仙女木冷事件和较冷的东斯匹次卑尔根流侵入[59]，陆架区甲烷泄露过程在约12 ka停止并促使水合物再次形成。陆架区域出现约60 m厚的GHSZ，与海底GHSZ再次连通。但是，在全新世气候适宜期，一股来自斯图尔峡湾海槽以外区域的大西洋暖水侵入，导致水合物再次失稳。海洋环境从8 ka开始逐步向现代海洋环境转变，海洋底层水温度经历了从4 ℃向2 ℃的逐渐变化，丘状体区域规模中等的水合物逐步成型[55]。

斯图尔峡湾海槽地区在末次冰盛期至全新世形成了巨大的、发育成熟的冰下水合物系统，经历了多次由于海洋环境变化和冰川均衡运动导致的形成/分解旋回(图3)，引发海底甲烷间歇性排放。此外，在巴伦支海和喀拉海陆架区，海平面以下350 m的凹槽区域沉积了大量的冰蚀物，Moros等[62]发现这些凹槽区和相应更深的陆架区域在末次冰期形成了一定规模的水合物稳定区，随即经历了几个不同阶段的消亡和再生。东格陵兰陆架地区底栖和浮游有孔虫δ13C记录也表明自冰消期伊始就有至少3次与水合物分解有关的甲烷释放[63]。由此可见，北极地区水合物分解释放甲烷过程与冰川的活动密不可分。

然而对研究区当前水合物分解的主要控制因素的研究还没有定论。一些观点指出，伴随冰川发展，海平面下降导致压力减小，水合物会趋于不稳定[64]。另一些观点认为，末次冰消期冰盖融化引起的压力降低现象才是使得水合物稳定带减薄并释放甲烷的主要原因[1]。过去20年中，科学家争论的焦点还包括海洋底层水升温或人为因素的潜在影响[38,46]。现今的观测及模型分析结果表明，现代海水增温可能是导致研究区水合物分解、海底甲烷通量增加的另一重要原因[38,46]。西斯匹次卑尔根流自1950年以来发生了多次变暖和变冷事件，1975年以来则整体转暖[38,44]，弗拉姆海峡(Fram Strait)的海水温度更是升高到2000年来的峰值[65]。斯图尔峡湾海槽地区西斯匹次卑尔根暖流和东斯匹次卑尔根寒流的交替作用造成底层水温度出现明显的季节性波动，变化范围为0.5～2 ℃[66]，并呈现出逐渐增长的趋势(图4)。如果事实确实如此，随之而来的将是大气温室气体浓度的升高促使气候进一步变暖并维持甚至加强水合物的分解。这种正反馈机制暗示着气候变暖与水合物储层变化密切相关，诸如“烃泵假说”等灾难性后果很可能在现代得到证实[5]。

图4 斯图尔峡湾海槽地区不同年份底层水温变化(据Serov等[55])Fig.4 Change of bottom water temperature in different years in Storfjordrenna (after Serov et al. [55])(a)2015年水温变化情况;(b)历史水温数据；灰色区域为满足水合物稳定的条件范围；GHP.水合物丘状体

3 研究区甲烷泄漏过程和实际通量

对当前水合物分解释放甲烷通量的评估有助于掌握研究区气候变化的动向，其最关键的问题在于确定水合物(特别是对气候最为敏感的部分水合物)中赋存的甲烷总量并了解甲烷释放的过程。根据不同观测数据、模型及方法得到的全球水合物中甲烷气体估计量基本小于2 000 Gt C，如Boswell和Collett[67]得到的1500 Gt C或约2×106Tg CH4，Johnson[68]对不同地区的甲烷水合物估计值总和(约1 800 Gt C)以及Piero等[69]给出的计算结果500～2 300 Gt C。Ruppel[36]曾计算过，假设1.8 Gt C从水合物储库(约占总储量的0.1%)中瞬间释放出来且所有气体都进入大气，那么将会使大气中的甲烷浓度在瞬间上升60%。北极地区甲烷的蕴藏量远不止此(约10%或更多)，如果斯瓦尔巴特群岛等地发生诸如此类的灾难性泄漏事件，后果可能是无法承担的。

不过研究显示，全球天然气水合物释放进入大气的甲烷年际通量约为5 Tg/a，仅占所有来源甲烷的年际通量(约555 Tg/a)中很小的一部分[70]。Myhre等[52]在卡尔王子岛西部地区发现大量甲烷气泡，在这些潜在泄漏区中甲烷的大气混合比增长仅为2×10-9，通过不同模型反演出甲烷通量最大仅为(3.8 ± 0.7) nmol·m-2·s-1。在通量恒定的前提下一整年的释放量仅为0.06 Tg，远小于全球年际通量。Pisso等[71]对斯瓦尔巴特群岛区域进行了三种甲烷释放源区模拟，并将最大程度混合比的增量转换成最大程度的甲烷通量，得到了0.54～18.32 nmol·m-2·s-1的范围。换算成该区域的年际排放总量，其值也仅为0～1 Tg。此外，Fisher等[72]以及 Gentz等[73]的研究表明，斯瓦尔巴特群岛西部近海中的甲烷释放量小于大气输入到这一区域的10%。Mau等[74]的研究表明，沿着巴伦支海西北部(北纬74°N—79°N)广阔区域有一片很大的气体渗漏区域，而这片区域的渗漏作用对大气甲烷含量仅贡献了0.07%。

尽管斯瓦尔巴特群岛及其邻区发生了不少海底甲烷泄露事件，但实际进入到大气中的甲烷量十分有限。这与水合物发生分解时，沉积物或水体中的物理、化学以及生物作用会消耗释放的甲烷有关。首先，在沉积物中运移的绝大部分甲烷会被厌氧氧化(anaerobic oxidation of methane, AOM)作用消耗殆尽[14,75-77]，如Reeburgh[14]指出超过80%上涌甲烷气参与了AOM过程[78]。该氧化过程受某些微生物控制[75]，并与硫酸盐的还原作用相关性极强[79]，向上迁移的甲烷和向下扩散的硫酸盐在硫酸盐-甲烷过渡带(sulfate-methane transition zone, SMTZ)反应(图5)。主导AOM的微生物群落就像一种生物过滤器，可以防止上涌的甲烷气进入海水中[80]。

其次，北冰洋和陆架海洋通常处于氧化状态[27]。因此甲烷有氧氧化(aerobic methane oxidation, MOx)也能有效地限制进入大气的甲烷通量[81]。尽管MOx进程相对缓慢，但最近越来越多的研究表明，这一氧化速率会随着甲烷浓度的升高而增加[82-83]。Wahlstrom和Meier[84]通过模型预测认为MOx速率是北极陆架浅海中甲烷排放到大气的关键控制因素，但科学家目前对这一耗散机制还知之甚少。

图5 海洋沉积物和海水中的甲烷微生物汇(公式(1)、(2)分别代表AOM和MOx过程；修改自James等[27])Fig.5 Microbial methane sink in marine sediments and seawater (modified from James et al. [27])

剩下溶解于海水中且未被氧化的甲烷可以通过气体交换进入大气，但这一进程快慢还取决于海水的循环状况以及泄漏点离混合层的深度。密度跃层是位于混合层下部阻碍甲烷运移的重要屏障，在密度跃层之下，甲烷主要通过水流横向输送而难以接近混合层。不过北极地区的风暴可以加深密度跃层[85]，伴随的上升流会将更多深层水带至表层[86]。进入混合层的甲烷可以在短时间内到达海面并最终进入大气。但条件不适宜的情况下，甲烷甚至能在海水中停留数个世纪[70]。在1964年至2000年间，由亚欧大陆注入北冰洋的河流径流量大大增加[87]，这增强了北冰洋水体的分层性[88-89]。更新鲜、更浅的混合层会进一步阻碍甲烷从海底向大气的输送。

最后，北冰洋冬季覆盖的海冰可以继续限制甲烷在海-气界面的运移。Loose等[90]的研究显示，即使在冰盖形成的初期，冰晶也可以通过抑制表面波浪的形成来限制气体交换。广泛发育的海冰能捕获到达海平面的气泡，如在东西伯利亚北极陆架区，冬季的海冰之下溶解甲烷浓度是夏季的5～10倍[43]；而在加拿大北极区，在长年海冰之下发现了过饱和的甲烷[91]。

综上，甲烷从海底释放最终进入大气的过程并不容易，研究区水合物分解释放进入大气的甲烷量仍十分有限。不过未来气候系统与研究区水合物间的反馈过程尚不能明确，随着气候变暖，海冰下累积的甲烷将在季节性融冰时释放，在某些时间会大大增加海水中甲烷向大气的排放[92]。海冰夏季范围的减少还会增加北极风暴的强度和规模[93]，促进表层水和深层水之间的垂直混合[94]。海冰的减少还意味着波浪作用更为显著[95]，水-气界面由浓度梯度产生的阻力层更容易被打破，这都会增加未来季节性无冰的北冰洋地区的海气交换。2017年，Pohlman等[12]在对斯瓦尔巴特群岛西海岸的研究中还发现，甲烷排放强烈的海域同时伴随着很高的CO2吸收率，CO2的吸收消耗对温室效应的抑制效果竟然强于甲烷排放产生的温室效应。这值得人们对水合物分解释放甲烷对气候、环境的影响进行全新的思考。

4 水合物分解对大陆斜坡稳定性的影响

水合物在与气候相互作用的过程中，存在诱发地质灾害的隐患。来自全球海岸沉积物的证据表明，环境条件变化会造成水合物失稳并触发大型海底滑坡[22](图6)。这些滑坡现象可能会进一步导致甲烷的释放量剧增，甚至引发海啸或破坏基础设施[96]。因此，为了降低水合物开采时的潜在风险，研究水合物分解过程对斜坡稳定性的影响显得尤为关键。

通常认为，水合物分解可以增加孔隙压力并降低沉积物强度，进而导致坡身沿压力过大的表面失稳。水合物在发生分解时会释放水和气体分子，膨胀的体积和主体沉积物的快速固结产生超孔隙压力[97-98]。过高的孔隙压力可以导致有效应力的减少并降低沉积物的摩擦强度，从而增加斜坡失稳的可能性。此外，由平均孔隙流体密度变化驱动的流体流可能会促使有效应力的变化[99]。伴随水合物分解发生的沉积物内聚力降低也是影响斜坡稳定性的因素之一[100-101]。

图6 水合物发生分解导致海底滑塌(修改自Crutchley等[23])Fig.6 Decomposition of natural gas hydrates leading to seabed landslides (modified from Crutchley et al.[23])

位于斯瓦尔巴特群岛北岸的Hinlopen滑坡是北极地区发现的首个大型滑坡。堆叠的冰川浊流沉积以及构造脆弱的平积层表明，其与Storegga滑坡类似，是气候控制下的斜坡失稳。从海槽中搬运至滑坡体的冰川沉积物年龄显示，Hinlopen滑坡可能发生于全新世前(>12 ka BP)，这与冰川后退以及该地区水合物系统失稳时间相吻合，暗示水合物的分解可能在其中发挥了关键作用[102]。北极地区对气候的敏感性较高，未来北冰洋水温升高可能导致斯瓦尔巴特群岛等地上陆坡下蕴藏的水合物持续分解，类似Hinlopen滑坡的事件会再次发生，甚至引发海啸[102]。水合物引发海底滑坡也存在不同的观点，因为至今还没有在自然环境中直接观察到由水合物分解触发的滑坡事件。在对斯瓦尔巴特西部水合物分解对海底斜坡稳定性影响的数值模拟研究中，不同条件的模拟结果表明水合物分解更像是斜坡接近失稳的先决条件与催化剂，而不起决定性作用[103](图7)。

图7 对斯瓦尔巴特群岛西部斜坡稳定性模拟结果(据Yang等[103];红色区域表示在水合物分解作用的影响下，由地震引发的失稳区)Fig.7 Simulation results of slope stability in the western Svalbard (after Yang et al. [103])

5 水合物分解对冷泉生态系统的影响

图8 甲烷冷泉生态系统及其生产力的输送随时间推移发生变化(修改自Levin等[111])Fig.8 Cold seep ecosystem and the change of productivity transfer over time (modified from Levin et al. [111])(a)活跃冷泉系统；(b)非活跃冷泉系统；DOC代表溶解有机碳

海底水合物分解产生甲烷并释放的位置可以产生或影响冷泉系统，冷泉处喷发的烃类物质除了能改变海水的酸碱度、影响气候特征，还能作为以化能合成为能量来源的冷泉生态系统繁荣发展的基础。微生物可以通过厌氧氧化和硫还原作用将冷泉喷发的物质转变为有机质[104-105]。同时，水合物渗漏系统会促进碳酸盐沉积，对海底形态、基底性质进行不断改造，产生独特的栖息环境。甲烷冷泉增强了从厘米到千米范围各种空间尺度上基底的异质性[106]，复杂的海底栖息地可以维持冷泉系统较高的生物量和生物多样性[107]。Åström等[25]通过对斯瓦尔巴特群岛西部和巴伦支海西岸3个不同区域底栖生物群落进行调查，发现冷泉影响下的群落其生物量和多样性都显著高于其它地区。Quattrini等[108]发现在美国大西洋边缘冷泉的自生碳酸盐岩为八放珊瑚群提供了生存的基质。哥斯达黎加冷泉区也出现了诸如双足动物、腹足动物、刺胞动物及多毛动物等多个物种[109]。除了常见的异养性固着生物体和游离的巨型动物外，冷泉还可以吸引不少异养动物群[110]。传统物种如西伯达管虫及大型双壳类动物等，它们的结构和活动同时能影响冷泉环境，这些生物死亡后遗留的壳体或管状体会使栖息地更为复杂[107-111](图8)。

海底冷泉系统输送了大量有机物质，据估计其化能合成自养生产力的贡献可能远超过海水中有机碳总通量的7%[111]。这些自养生产力沿生态系统中心呈梯度分布，并通过多种输送途径，包括微粒有机碳的对流运输、食物网的营养转移和配子释放等[111](图8)，为当地渔业生产发挥了重要贡献[112]。此外，化能合成效率会受到与深度相关的光合作用影响[113]。一般来说，从浅水过渡到深水生物群落会发生转变，冷泉生态系统也不例外。与深水冷泉(通常水深>200 m)相比，典型的冷泉类或共生体类群在浅水冷泉中几乎不存在[114-115]。而深水冷泉更容易受光照和有机质数量与质量的限制[116]。冷泉生态系统的另一特征是具有明显空间上的群落划分。从喷发中心向外辐射，会依次出现微生物席、化能异养型生物如管虫等和常规异养型动物[110]。不过这种空间上的异质性范围相对有限(米级)[111]，区域间的海洋背景(包括基底性质、海水条件等)影响力更为显著。Åström等[25]研究发现，偏好冷泉环境的西伯加虫科管蠕虫的丰度在同为冷泉区的斯瓦尔巴特群岛西陆架和南陆架不同，由于斯瓦尔巴特群岛西大陆架基底偏硬，管蠕虫的丰度受到限制。

斯瓦尔巴特群岛海洋生态系统的特点是季节性强。夏季短暂且日照时间长，相比之下冬季则漫长、几乎没有日光，海冰存在时间更长。在此背景下，受季节性影响的初级生产力，冰盖、洋流和海底沉积环境就是斯瓦尔巴特群岛和巴伦支海底底栖群落独特的环境驱动因素[117-118]。然而由于海水温度升高，未来斯瓦尔巴特群岛的浅海区稳定的水合物会变得极不稳定[119]，这可能导致从水合物中分离的甲烷排放量与影响范围增加，并打破原有的化学平衡、生产力分布规律与输送机制、生物耦合关系甚至不同栖息地间的连通性。

6 讨论与结论

(1)当前正面临全球变暖问题，斯瓦尔巴特群岛等地浅海陆架区数万年来累积的水合物储库可能也会受到一定的影响。根据不同研究的模拟及对比结果可以发现，研究区由水合物分解产生的甲烷进入大气的年际通量仍十分有限，这得益于沉积物和水体中存在的多种甲烷耗散机制，如AOM、MOx等微生物汇以及构造圈闭、密度跃层和海冰等的阻隔。推测未来可能并不会发生灾难性的气候事件。

(2)通常认为，水合物分解能通过增加超孔隙压力或减小沉积物有效内聚力等方式降低斜坡强度，进而引发海底滑坡、海啸等地质灾害。由于缺少直接观测证据，也有观点指出水合物分解并不是触发海底滑坡的首要因素。斯瓦尔巴特群岛北岸的Hinlopen滑坡可能与水合物的分解有一定的联系，因其处于对气候变化敏感的北极地区，未来气候的变化可能再次触发灾害事件，斯瓦尔巴特群岛及其邻区可以成为研究水合物、游离气体等在海底滑坡中发挥潜在作用的良好场所。

(3)对受冷泉影响的底栖生物群落的研究表明，海底排放的烃类物质不仅能作为化能合成的原料以提供能量，还能通过改变水体酸碱度、促进碳酸盐沉积等方式影响海水条件与海底形态，进而产生独特的栖息环境。尽管冷泉系统对底栖生物群落产生了较大影响，其范围依旧有限，区域间不同的海洋背景条件如水深、海水条件及基底性质仍是产生生物群落空间异质性的最重要原因。斯瓦尔巴特群岛的底栖生物群落有较强的季节性特征，受未来水温不断升高的影响，水合物分解导致甲烷的释放量增加，原有的化学平衡、营养物质输送过程及区域连通性将被打破，底栖生物群落可能会受到影响。

国内外针对上述问题的研究已进入半定量、定量化分析的阶段。例如通过实验室模拟生成水合物，在不同温压条件下进行分解实验，或在理论分析的基础上建立数学模型，进一步探讨水合物环境效应。但是，人们对研究区水合物系统未来变化趋势及其引起的环境效应仍难有十足的把握，对自然状态下水合物进行现场观测将会是今后的难点与重点。传统方法包括观测站点、船只、飞机搭载单波束回声探测仪(single beam echo sounder)、水下质谱仪(underwater mass spectrometer)、多普勒流速仪(acoustic Doppler current profiler)等仪器收集泄漏气体信号、溶解物质及水流信息，或利用地质微生物、地球物理方法对水合物进行勘察、识别，全自动水下机器人可能代表了当前探测技术的前缘。利用全新探测技术提高对水合物系统资源特征、变化趋势、安全性和海底稳定性等方面有效观测，并将观测与模型相结合，是未来研究甲烷与环境、生态系统之间反馈途径的关键，同时也将为今后我国的水合物开采事业提供助力。