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《Nature》:如何在岩石和沉积物中封存有机碳

 

 

来源:伍兹霍尔海洋研究所                     发布时间:2019年6月12日

 

 

       伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)和哈佛大学研究人员的一项研究可能有助于解决一个长期存在的问题—如何将少量有机碳锁在岩石和沉积物中,防止其分解。哈佛大学博士后研究员、该研究的主要作者Jordon Hemingway提到,确切了解这一过程是如何发生的,可以帮助解释为什么大气中的气体混合物长期保持稳定,这项研究成果已经发表在6月14日的《自然》(Nature)杂志上。

       Hemingway指出,大气中的二氧化碳(CO2)是一种无机形式的碳。植物、藻类和某些类型的细菌可以将二氧化碳排出空气,并将其用作体内糖、蛋白质和其他分子的结构单元。在光合作用过程中发生的过程将无机碳转化为"有机"形式,同时将氧气释放到大气中。当这些生物死亡时会发生逆转:微生物开始分解它们的身体,消耗氧气并将二氧化碳释放回空气中。地球保持适宜居住的关键原因之一是这种化学循环略有不平衡。由于某种原因,一小部分有机碳不会被微生物分解,而是在地下保存数百万年。

       如果它完全平衡,那么大气中的所有游离氧气都会在产生时迅速消耗。为了留住氧气,一些有机碳必须封存在无法分解的地方。根据现有证据,研究人员已经提出了两个碳能够被存留下来的可能的原因。第一种称为"选择性保存",表明一些有机碳分子可能很难被微生物分解,因此一旦所有其他分子分解,它们在沉积物中保持不变。第二种称为"矿物保护"假说,指出有机碳分子可能会与它们周围的矿物形成强烈的化学键- 如此强烈以至于细菌无法将它们吸走并"吃掉"它们。

       Hemingway提到,从历史上看,很难弄清楚哪个过程占主导地位。目前用于有机地球化学的工具不够灵敏。在这项研究中,他转向了一种称为"斜坡热解氧化"(RPO)的方法来测试来自全球各地沉积物样品的假说。使用专门的烤箱,他将每个样品的温度稳定地升高到接近1000摄氏度,并测量它在加热时释放的二氧化碳量。在较低温度下释放的CO2代表具有相对弱化学键的碳,而在高温下释放的碳表示强力键,其需要更多能量来破坏。他还使用碳定年方法测量了二氧化碳的年龄。

       他还提到,由于选择性而保留有机分子(因为微生物无法将其分解),预计样品中的粘合强度会非常窄。微生物会腐蚀其余部分,只留下一些顽固的有机碳,。但实际上粘合强度的多样性随着时间的推移而增长而不是缩小,这表明各种有机碳类型正在被保留。这意味着他们正在获得对周围矿物的保护。

       他也在样本中看到了一种支持他的发现的模式。像在河流出口处发现的那些细粘土具有比粗糙或沙质沉积物更高的碳键多样性,这表明细小的沉积物提供了更多的表面积,有机碳可以附着在其上。

        WHOI的生物地球化学家、该论文的共同作者Valier Galy提到,如果从新罕布什尔州拿走花岗岩并将其分解,你会得到一种沙子。那些谷物相对较大,因此没有那么多的表面可以与有机物质相互作用。真的需要通过表面的化学风化产生的细小沉积物,如页硅酸盐粘土。虽然这项工作为有机碳机制提供了强有力的证据,但还有很多其他因素(如环境温度)需要考虑。

 


 

 

原文链接:Organic Carbon Hides in Sediments, Keeping Oxygen in Atmosphere

编译:傅圆圆    转自:海洋科技情报网