基伍湖：危险与机遇并存

　　◎  吴兴源 刘晓阳 龚鹏辉 周佐民 贺福清

　　基伍湖位于非洲中部地区，地处刚果民主共和国与卢旺达的交界处，其南北长度约为88千米，东西宽度约为48千米，湖泊水域总面积约为2700平方千米，湖面海拔约为1460米，平均水深约为220米，最大深度可达475米。从最初的非洲传说到19世纪末探险家们具有浪漫主义色彩的报道，再到如今科学家们的研究，这个湖一直以来都是许多故事的主题。

　　一般来说，湖泊深度能够达到这么深的多属于“断陷湖”，基伍湖正好位于东非大裂谷西支的断裂带上，由于板块张裂，湖泊所在的区域断裂下陷，地表水汇聚，从而形成湖盆。然而在很长一段时间内，人们对它的兴趣远不如其他的非洲大湖（如维多利亚湖、坦噶尼喀湖等），因为乍一看基伍湖的食物链并不发达，无法发展重要的渔业。除了“基伍湖”这个名字外，它还有“爆炸湖”的别称。那么，这个“爆炸湖”又是怎么回事呢？基伍湖的神奇之处应该就在于它是一座可能随时爆炸的湖。美国罗彻斯特大学地球科学教授埃宾杰将基伍湖称为“世界上最危险的湖”，并表示“它的破坏规模将是没有办法想象的”。

　　其实，基伍湖是一个不完全对流的湖泊，从下到上分层明显，即表层水和深层水基本从来不发生混合，表层水与深层水的分界线大概在水下约250米深处。导致湖水分层的原因主要有两个，首先是沉积作用，当表层物质逐渐下沉到深度超过250米时，这些沉积物就会被“堵塞”而无法再上升，就像在这个深度有一个“盖子”罩住了一样，因此深水中的所有元素就变得逐渐富集起来，与此同时水的密度也变大；其次，在基伍湖水面以下约250米深处有一个热泉源源不断地向湖水提供盐类物质，这个热泉可能是沿着火山活动形成的断层注入湖中的，由于温度较高，这些水要比表层水温暖得多。尽管深层水比地表水温度高出约2摄氏度，但它们的含盐量也相应高得多（高达6克/升），这种高含盐量增大了水的密度并极大地提高了使湖水发生充分混合所需的能量，因此一般只有浅部60米以内的湖水才能有规律地混合，而在水深250米以下的深层湖水几乎完全处于静止状态，这个区域也被称为“生物荒漠”。

　　研究表明，基伍湖的湖水中大约溶解了近600亿立方米的甲烷、二氧化碳及其他气体，并且随着深度的增加，水中溶解的气体量也越来越大，这些气体主要被溶解并储存在“盖子”（250米深度）下方的深层水中。其中，二氧化碳来源于火山活动，而甲烷则更有可能是生物成因。基伍湖深层含有高浓度甲烷的水域具有相当丰富的发电潜能，但如此大量的气体在深水压力下溶解，就相当于一颗“定时炸弹”，如果一旦有外部因素（如火山喷发、滑坡或地震等）触发溶解在水中的过饱和气体突然释放，很可能导致一场灾难。就基伍湖的情况而言，如果当前溶解在水体中的所有甲烷和二氧化碳都被释放到水面上，那么就会在湖面上方100多米处形成一片“气体云”。这片云将覆盖整个地区，包括刚果民主共和国的戈马和布卡武两个大城镇，“气体云”将影响至少200万人的生命安全，除了它的直接毒性外，它还会引起近地面空间的氧气向上逃逸（因为二氧化碳比空气重），从而可能造成包括人类在内的所有有氧生物窒息死亡。

　　当然，我们也没有必要一直停留在最坏的情况设想中，那样显得过于悲观。科学研究显示，目前275米深处湖水的气体饱和率在50%~60%之间。水体中气体的浓度随深度增加而增加，但静水压力也在增加，从而允许溶解更多的气体。但是，最关键的点也位于275米的深度，因为在气体过饱和逸出进而喷发的情况下，这个深度是气泡最先开始形成的地方。最近的一项研究表明，1974年~2004年，湖中甲烷的浓度从10%增加到15%，尽管测量存在一定的误差，但可以估计湖水在达到饱和点之前的剩余时间约为一个世纪。一般只有发生导致水位突然上升几百米的重大事件才可能触发水体的大规模自然脱气喷发，根据对基伍湖沉积物的研究，科学家发现它最近一次的气体喷发可追溯到近5000年前。

　　然而，我们也必须认真对待基伍湖气体爆炸的风险，从湖水中提取气体可以起到解除这个“定时炸弹”的作用。提取的原理本身相对简单，因为随着湖水上升到表面，它逐渐达到大气压力，不再足以维持强大的压力来溶解大量气体。这就类似于打开一瓶汽水，气体从液体中逸出，减压以达到其正常体积，而从湖水中提取气体也使用大致相同的自然过程。随着水位上升，逸出的气泡将反过来导致水位进一步上升，就像水族馆中的滤水系统一样，也就是所谓的“虹吸效应”。

　　通常，1公升的水和气体的混合物在达到地表的大气压条件时，就会释放出2~3公升的气体，这就意味着在深水中2~3公升的气体被压缩并溶解在1公升水中。在地表压力条件下，水和气体都恢复了正常的体积，但是它们的混合物仍然是湿的。因此，需要经过一个分离器将气相与液相分离，该气相包含80%的二氧化碳、15%的甲烷和5%的氮气。为了获得尽可能大的甲烷百分比，还要进一步对这种混合气体进行提纯，最后得到的混合物含有80%~90%的甲烷，这时就可以用作发电的燃料了。

　　从湖水中提取大量的甲烷，可为当地的发电提供能源保障，可是想要安全地排出气体，还是很困难。尽管卢旺达政府自2008年以来一直在基伍湖经营试点燃气发电厂，但开采方法没有经验可循，而且规模很小。目前，已经有不少国际公司在卢旺达实施排气工程，但相关技术仍不成熟。在大规模开采作业之前，实际运行效率和产生的电力能有多少也是一个未知的谜题。因此，基伍湖的天然气（甲烷）开发之路依然任重道远。

　　（作者单位：中国地质调查局天津地质调查中心）