作者：林立虹
甲烷是重要的溫室氣體，其於百年時間尺度的吸熱能力，可達二氧化碳的25倍，雖然於大氣的濃度不高，仍可貢獻20-25%的溫室效應，成為近年碳排查重要的目標。甲烷與其他石化燃料也是我們仰賴最深的能源與原料源，為社會經濟與文明發展重要的驅動力。對於永續發展，甲烷扮演了兩種截然不同的角色，促使地球科學家不斷嘗試運用各種新的工具，探究其成因、遷移與形成後的轉變。
於博士生悅婷最新的研究中，我們結合了叢集同位素（甲烷與氮）與其他同位素標記（氦同位素、二氧化碳碳同位素、水的氫氧同位素），討論了台灣與鄰近海域泥火山與滲漏體逸出之氣體成因與可能影響其成分或是同位素特徵的機制。
叢集同位素成份意指稀有同位素雙重取代分子的豐度，對於甲烷而言，這通常是指13CH3D或12CH2D2的豐度，若其豐度是代表隨機分佈的狀態，則可直接指示其形成或平衡的溫度，也就是說任一叢集同位素成份，皆可做為溫度的函數；若同時運用雙叢集同位素溫度計，則可檢驗樣本甲烷形成溫度估算的一致性，並據以確認是否達成平衡。這種溫度計不同於傳統整體同位素概念需要兩種並存相的同位素成分，才可計算平衡溫度，減少並存相假設的高度不確定性。當然，近年來更多的研究，則更進一步探討各種動力學機制（微生物生成與消耗、再平衡、遷移），如何改變甲烷的叢集同位素成份，進而解析甲烷形成機制的相對貢獻或形成之後遷移與反應路徑。氮叢集同位素（15N15N）成份的概念亦然，可用於解析深部地函與地殼相對於大氣的貢獻比例，並進而討論隱沒或岩漿作用中揮發性氣體的收支。
叢集同位素的測量並不是隨手可得，先決條件是需要質量解析度達40000以上的質譜儀，才容易屏除干擾訊號進行測量；而每筆資料的獲得，更需歷時一天半以上的儀器時間。我們有幸可以使用UCLA Young實驗室的超高解析度氣相質譜儀進行分析，才得以完成這樣的工作。
簡單的結論：1/3樣本的分析結果顯示，熱裂解甲烷之雙叢集同位素豐度是達成平衡的，生成溫度介於99-260度間，假如套入地溫梯度的概念，熱裂解甲烷生成深度可達9公里。
比較複雜的結論：氣體成因是多元的，且同一樣本不同氣體並不必然源自單一來源或成因，若將水納入考慮的話，則多相流體的形成、遷移機制是十分複雜的，部分樣本的特徵指示了重要地下構造的延伸與聯通性，部分樣本的特徵則顯示未明構造或火成岩體的必要性。
超級複雜的結論：需要用5000字以上的篇幅，辯證後期作用（微生物消耗、再平衡、遷移）並不顯著、不同甲烷分子或甲烷與水間的動力學；但是這其實比較有趣啦。
沒有結論的結論：進一步解析造山帶的流體生成與遷移，若從地球化學的角度，則需要針對性的採樣設計並結合新的分析工具，才足以逐步突破複雜地質條件的限制，然而這通常代表不便宜的投資；若從宏觀一點的角度，跨越單一領域的誠心合作，才是無敵的手段！
這個工作有很多人的幫忙與合作，除了儀器的使用外，最初Doug的牽線、前導研究與採樣提供了扎實的基礎，經由太陽號拿到珍貴的天然氣水合物樣本，所有作者參與了廣泛且深入的討論與建議，當然悅婷的堅持扮演至為關鍵的角色。