4 千年尺度事件
Santa Barbara盆地近60000a的底栖有孔虫碳同位素千年尺度的较大变化反映了在间冰阶时期沉积物中甲烷梯度变浅、天然气水合物分解导致气体排出的特征（图4）［37］。数个较大的负位移与不同深度浮游有孔虫较小的位移对应，指示大量的甲烷从盆地沉积物中释放。受温盐环流启闭的诱导，中层水温度发生变化，水合物稳定性得到调制。这些摆动在加利福尼亚边缘和其他地区可能是普遍的，影响了水合物的不稳定，导致大气中甲烷量千年尺度的摆动。
极地冰芯记录显示与第四纪轨道、千年、十年尺度气候周期对应的大气甲烷的较大幅度振荡［43］。间冰期与间冰阶早期几十年的突然变暖与大气中甲烷量的快速增加一致。在先前的一个假说中，认为甲烷量的增加与热带湿地降水增多，甲烷生成作用加强有关［43］。但是在海平面较低的时间里，解释大气甲烷迅速增加的大量湿地不太可能快速拓展。另外一个大气甲烷潜在的来源是甲烷（天然气）水合物。海平面降低引起的压力降低或海水温度的增加均可导致天然气水合物分解，而在晚古新世海水温度有增加［16，44］，在墨西哥湾已经观测到小尺度的水温上升［45］。当海底滑坡发生时，释放的甲烷以在水体中扩散或迸发进入大气的方式输送到可交换的碳储库中［16，44］。
对第四纪大陆边缘天然气水合物的稳定性了解很少。天然气水合物分解会在沉积物深部形成异常高孔隙压力，使沉积物不稳定［1，2］。在大陆边缘上部广泛的沉积破坏〔滑塌、滑坡、凹坑（pockmarks）〕显示了在晚第四纪海底有大量甲烷释放的证据［1，2，46～49］。这些大量证据反映了过去海底甲烷释放的规模以及影响气候变化的潜力。一些研究认为第四纪海平面下降会导致大陆边缘天然气水合物分解［8，9］。但是由于以前很少有证据表明在第四纪中层水上部（400～1000m）有较大幅度的升温，因此对第四纪天然气水合物稳定性的研究中温度变化很少作为一个潜在因子被考虑进去。虽然已经知道海平面、水压较高的暖期大气中甲烷增加的事实，但并没有考虑冰芯中甲烷的海底来源。但是，证据表明与深海温盐环流启闭有关的温度上升在古新世末增温事件中天然气水合物分解方面有重要作用［16，44］。
图4 Santa Barbara盆地冰阶-间冰阶甲烷通量变化示意图［37］（BSR：似海底反射层，SRZ：硫酸盐还原带）
最近加利福尼亚古气候记录显示了过去60000a完整的千年尺度的气候振荡序列〔称Dansgaard-Oeschger（D-O）旋回〕。这表现为与格陵兰气候变化［50］相联系的海水表层温度（SST）的变化、纹理强度与底栖有孔虫组合［51］揭示的底水氧化程度变化、底水温度变化。中层水畅通情况与表层水生产率的变化导致大陆边缘氧化程度变化，与温度环流的启闭有关［51］。
Kennett等［37］给出Santa Barbara盆地ODP893A孔（34°17.25′N，120°02.20′W；水深580m）过去60000a的浮游有孔虫、底栖有孔虫高分辨碳、氧同位素数据。该孔具有已知晚第四纪最高分辨率的海相层序，提供了可以分析过去次千年尺度的气候、海洋变化的信息。Kennett等［37］提出与D-O旋回有关的中层水温度变化调节了潜在的不稳定深度段中大量天然气水合物的幕式分解和相应的甲烷排出。该过程可能在广大地区发生，是促成大气中甲烷振荡的因素。在加利福尼亚大陆边缘潜在的天然气水合物不稳定的海水深度段，现今天然气水合物是存在的。过去不稳定性的地质证据也在增加［52］。现今Santa Barbara盆地沉积物含有丰富的甲烷和较浅的似海底反射层（海底下30～50m），这些被解释为天然气水合物存在的依据。(https://www.daowen.com)
893A孔浮游氧同位素比值记录的晚第四纪次千年尺度的气候旋回与沉积纹理变化、底栖有孔虫氧同位素、碳同位素比值相对应，反映了海底山脊盆地的“通风”情况。浮游有孔虫氧同位素及其组合数据显示了完整的D-O旋回（间冰阶17-1）、新仙女木事件（Younger Dryas）和全新世记录。底栖有孔虫氧同位素比值的振荡也与D-O旋回一致，在间冰阶底层水温较高，冰阶较低，在过渡带变化迅速。底栖有孔虫氧同位素比值的降低总是超前于间冰阶的开始（达200年），而间冰阶开始以浮游有孔虫群落组合与氧同位素比值降低为标志。因此中层水的变暖超前于表层水和大气的变暖。间冰阶的结束以底栖、浮游有孔虫氧同位素比值的迅速增加为标志，暗示着表层水和中层水变冷的同时性。
底栖有孔虫碳同位素数据显示与D-O旋回一致的千年尺度振荡，幅度较大达5‰。总的来说，间冰阶的数值较负（-2‰～-6‰），而冰阶的数值较正（-1‰）。间冰阶与分异度较低的底栖有孔虫组合对应，具有低氧环境和纹理沉积的特征。冰阶显示分异度较高的底栖有孔虫组合，指示富氧环境和非纹理沉积的特征。冰阶-间冰阶的碳同位素组分转变发生于数十年和数百年中，在间冰阶同位素值变化较大。早全新世（10000～7000a前）与中全新世（约1‰）相比，有较负的碳同位素比值（达-3.5‰，很像间冰阶）。在晚全新世碳同位素比值又一次下降（达-2.5‰）。底栖有孔虫碳同位素比值在D-O11开始时（约5.5‰在44000a）、D-O8早期（约6‰在37500a）均有较负的位移。在这些事件中所有被分析的类均显示很负的值，虽然不同类的差异也是明显的。
盆地中天然气水合物分解释放大量甲烷需要底水温度增加和/或海平面下降压力降低。盆地现今的水深580m、底水温度约5.5℃接近水合物与游离气的相变边界［6，7］。冰阶-间冰阶底水温度变化2～3.5℃足以使盆地与北太平洋周边广阔区域中天然气水合形成与分解，从而影响温度环流的转变。天然气水合物的分解最可能发生在接近间冰阶开始的阶段，这时浮游有孔碳同位素比值有较大的负位移，由于海平面比现今低80m，同时底层水又变暖，从而水合物高度失稳［53］。甲烷最可能来自盆地内部的源，从而使底栖有孔虫记录较大的负位移信号。靠近D-O17浮游有孔虫较小的碳同位素负位移在底栖有孔虫记录上并没有反映，可能指示富含甲烷的表层水进入了盆地。
用于解释碳同位素较大负位移，从沉积物中释放的甲烷量的最小估计值可以计算得到。推断1.3×1011m3或90Tg被释放甲烷在水体中氧化。这表明每年的通量是6.4Tg，是现今每年释放到大气中总量（510Tg）的1.3%。这一事件持续时间段内总的释放量是间冰阶平均甲烷增加量的18%。因为没有考虑直接排放到大气中的量，这些事件中释放到水中与大气的总甲烷可能超过这一数值。
Santa Barbara盆地的地层记录表明从大陆边缘沉积物释放大量的甲烷的短暂事件至少有四幕，导致整个水体碳同位素负的位移。考虑到这些事件的短暂性，还可能发生了其他幕次的事件，但没有被检测出来。与千年尺度底水温度变化对应，天然气水合物分解引起海底滑坡，从而发生天然气水合物的去顶，导致甲烷的释放。这些短暂的、灾变性事件叠加在较长期的冰阶/间冰阶旋回上，底栖有孔虫碳同位素比值与中层水温度变化对通过沉积物甲烷通量的调制相对应。这些过程在过去的大陆边缘可能是广泛发生的，与过去海洋沉积储库中普遍的、大量甲烷释放的地质证据［46～49］相对应。该工作支持天然气水合物中的甲烷排放至大气，导致最近的第四纪间冰阶阶段大气甲烷量增加的假说［54］。
Hinrichs等［55］的研究也表明在多个快速增温时期，海底沉积物中的水合物会幕式地释放甲烷。上次冰期温暖阶段沉积在Santa Barbara盆地的沉积物包含了可诊断喜氧与厌氧噬甲烷细菌（methanotrophs）的分子化石。富含这些混合物的沉积段指示充满甲烷的水体中活跃的噬甲烷细菌的幕式活动。44100a沉积物中厌氧噬甲烷细菌信号指示特别剧烈的甲烷排出，意味着盆地的甲烷循环严重地影响了水柱中氧的变化。
