桑迪亚国家实验室 桑迪亚国家实验室的研究人员使用先进的计算机模型来预测发现甲烷水合物的可能性，甲烷水合物是一种由压缩天然气制成的冰状物质，点燃时会燃烧
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地质调查 甲烷水合物是一种由压缩天然气制成的类似冰的物质，点燃后会燃烧，在海底的某些区域和北极永久冻土中都可以找到
甲烷水合物被认为是世界上最大的天然气来源，是一种潜在的燃料来源，如果它“融化”并释放到大气中，它就是一种强有力的温室气体
由于这些原因，知道甲烷水合物可能位于何处，以及可能有多少是重要的
一组来自桑迪亚国家实验室和美国的研究人员
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海军研究实验室开发了一种新的系统来模拟发现甲烷水合物和甲烷气体的可能性，该系统在北卡罗来纳州海岸附近的海底区域进行了测试
虽然在许多地方都发现了甲烷水合物沉积物，但关于海底有多少甲烷水合物以及在哪里存在，还有很多未知因素
从海底采集样本来寻找甲烷水合物沉积物是一项挑战
这就是桑迪亚的计算机建模专长的来源
“这是第一次有人能够用我们研究天气预报的方法来研究甲烷水合物的分布，”计算地球学家、该项目的首席研究员詹妮弗·弗雷德里克说
“当你听到天气预报说有60%的几率会下两英寸的雨时，你不一定会期待正好两英寸
你知道这个预测有不确定性，但它仍然很有用
在海底的大多数地方，我们没有足够的信息来得出确切的答案，但我们仍然需要了解一些关于甲烷及其分布的情况
通过使用概率方法，类似于现代天气预报，我们可以提供有用的答案
" 新系统将桑迪亚在概率建模方面的长期专业知识与海军研究实验室的机器学习算法相结合
该系统通过模拟布莱克海岭周围的区域进行了测试和改进，布莱克海岭是北卡罗来纳州外海岸东南90至230英里海底的一座小山，已知有甲烷水合物和甲烷气体沉积
该团队分享了他们对布莱克山脊的模型，并在3月14日发表在科学杂志《地球化学、地球物理学、地球系统》上的一篇论文中将其与之前的经验数据进行了比较
不确定性建模与机器学习相结合预测甲烷 海军研究实验室的全球预测海底模型提供了海底特性的具体细节，如温度、总碳浓度和压力
如果某个区域的数据丢失，海军研究实验室的模型使用先进的机器学习算法，根据另一个地理位置可能很远但地质相似的区域的信息来估计丢失的值
研究小组将海军研究实验室模型中的数据导入到专门从事统计采样和分析的Sandia软件中，该软件名为Dakota
利用达科塔，他们确定了最有可能影响海底属性的值，以及这些值的自然变化
然后，以统计的方式，他们将每个属性的预期范围值插入到PFLOTRAN中，PFLOTRAN是Sandia维护和开发的另一个软件
PFLOTRAN模拟了化学物质如何反应，物质如何在地下或海底移动
该小组对布莱克山脊地区进行了数千次甲烷生产模拟
该系统涉及的所有软件都是开源的，其他海洋学研究人员也可以使用
利用美国桑迪亚国家实验室在概率建模和机器学习算法方面的长期专业知识
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海军研究实验室，研究人员确定了在北卡罗来纳州外海岸发现甲烷水合物的可能性
荣誉:威廉·艾莫尔德/桑迪亚国家实验室 “我们发现的最大的事情之一是，在500米以下几乎没有甲烷水合物的形成，考虑到形成甲烷水合物所需的温度和压力，这是可以预期的，”桑迪亚的博士后研究员、该论文的主要作者威廉·艾莫尔德说
已知固态甲烷水合物在低温高压环境中形成，其中甲烷分子被捕获在组织良好的水分子中
研究小组还发现甲烷气体是在靠近海岸的地方形成的
他说，他们能够将他们的模型与过去研究计算的甲烷水合物值和几十年前美国国家科学基金会海洋钻井项目收集的样本进行比较
例如，在布莱克海岭一个名为997号的钻孔中采集的海底样本中检测到甲烷水合物
“事实上，我们预测甲烷水合物的形成量与过去的研究和观察结果相似，这确实表明该系统似乎工作得很好，我们将能够将其应用于其他数据可能较少的地理位置，”艾莫尔说
甲烷对海军的重要性及下一步行动 甲烷水合物沉积物和甲烷气体在海底附近的位置对海军很重要
弗雷德里克说:“了解声音如何与海底相互作用对于任何一种海军行动都非常重要。”
“甲烷气体极大地影响了声学
即使海底沉积物中只有1%或2%的孔隙空间充满气泡，声速也会降低一百倍，甚至更多
这是一个非常大的影响，如果你没有正确地考虑它，那么你就不会得到精确的声学效果
" 弗雷德里克将一艘使用声纳的潜艇与早期的街机游戏《突围》进行了比较。在《突围》中，玩家水平移动船桨，以保持球反弹，从而摧毁砖墙
在这个类比中，海底充当反射或折射声波的“桨”，或者“球”，以便获得海洋中障碍物的完整视图
如果球拍开始以不同的方式拍球——或者握球的时间长短不一——取决于球拍的位置，比赛将变得更具挑战性
到目前为止，该团队已经使用他们的系统创建了格陵兰岛和挪威之间的挪威海区域以及阿拉斯加北坡近海的北冰洋浅水区的模型，这两个区域是海军感兴趣的
弗雷德里克还与一个大型国际专家小组合作，评估储存在北极东南部浅水区的甲烷和二氧化碳的数量，以及这些沉积物对温度上升的敏感度
该团队还创建了一个更粗糙的全球模型，并开始观察大西洋中部，几年前在那里发现甲烷气体从海底冒出
弗雷德里克说:“看看我们的模型是否能够预测海底甲烷渗漏的这些区域将会很有趣。”
“我们想看看能否预测这些甲烷渗漏的分布，以及它们是否与甲烷水合物稳定性的热力学性质相一致
当你看到渗漏，这意味着海底下有大量的气体
这将极大地影响声音在海底的传播方式，从而影响声纳
此外，这些沉积物可能是能源生产的天然气来源，将影响海洋生态和营养循环，如果这些气体到达大气层，将对气候变化产生影响
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