近日一項發(fā)表于《自然-地球科學》（Nature Geoscience）新研究揭示了在海洋中保存有機碳的關鍵機制，這個知之甚少但至關重要的過程影響著地球的氣候、碳循環(huán)和化石燃料的形成。

有機碳是指植物、動物等生物體內(nèi)的碳化合物，如碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等。在大多數(shù)環(huán)境中，有機碳會通過微生物的分解作用，轉化為簡單的無機碳形式，如二氧化碳和甲烷，最終釋放到大氣中或參與其他生物地球化學循環(huán)。

有機碳通常會在大多數(shù)環(huán)境中都會分解。然而，大量的有機碳仍然保存在海洋沉積物中，這是幾十年來困擾科學家的謎團。海洋沉積物是由海洋生物的殘骸、陸地輸入的有機物以及海洋中的無機物質(zhì)等組成的復雜混合物。在特定的環(huán)境條件下，如缺氧的沉積環(huán)境、低溫高壓的深海環(huán)境，有機碳的分解速率會大大降低，從而使得大量的有機碳得以保存在沉積物中。

隨著時間的推移，海洋沉積物會經(jīng)歷復雜的地質(zhì)過程，如沉積物的埋藏、壓實、加熱等。在這些過程中，保存下來的有機碳會發(fā)生一系列的化學變化。在一定的溫度和壓力條件下，有機碳會經(jīng)歷熱解作用，逐漸轉化為石油和天然氣等烴類化合物。這一過程通常需要數(shù)百萬年甚至更長的時間。

當有機碳轉化為石油或天然氣并儲存在地下時，這些碳被有效地“鎖定”起來，暫時不會釋放到大氣中。這在一定程度上減緩了大氣中二氧化碳濃度的增加速度，對緩解氣候變化具有一定的積極作用。

由曼徹斯特大學和利茲大學的科學家領導的一項研究發(fā)現(xiàn)了兩個被忽視的過程，它們在保存海底有機碳方面發(fā)揮著主導作用：

  • 吸附——礦物對碳的吸收

  • 分子轉化——將較小的活性分子轉化為較大的活性較弱的分子

這種新的認識可以為限制海洋碳排放的戰(zhàn)略提供信息，為應對氣候變化提供有價值的工具。

曼徹斯特大學地球環(huán)境工程系PeymanBabakhani博士是該研究首席研究員，他說：“如果我們要利用或復制這些自然過程來應對氣候變化，了解碳如何以及為何儲存在海洋沉積物中至關重要。該研究結果揭示了以前被忽視的機制，為碳管理提供了新的途徑。”

經(jīng)過數(shù)年的努力，研究團隊開發(fā)出一個綜合模型，該模型考慮了比以往更廣泛的碳保存過程。這些過程包括沉積物埋藏、水解（碳在水中的分解）、吸附（礦物表面對碳的吸收）和分子轉化（形成更大、反應性更低的分子）。

研究人員將他們的模型與從海洋沉積物中收集的真實數(shù)據(jù)進行了比較。結果發(fā)現(xiàn)，碳保存效率幾乎是以前其他模型計算的三倍。

他們還發(fā)現(xiàn)，他們的計算結果與真實世界的現(xiàn)場數(shù)據(jù)更加吻合，可以更準確地預測海底儲存了多少有機碳。然后，他們將人工智能與模型結合使用，以找出哪些過程發(fā)揮了關鍵作用。

Babakhani博士補充說：“新的數(shù)值模型、蒙特卡羅和人工智能的結合為海洋沉積物中有機物的保存提供了關鍵見解，真是令人驚嘆，因為對此已經(jīng)爭論了幾十年。”他指出，人工智能如果應用得當，它就會成為一個強大的工具，幫助我們理解復雜的環(huán)境過程。

該研究指出動力學吸附和轉化是控制有機碳保存的主要因素，強調(diào)了吸附和分子轉化在碳循環(huán)中的關鍵作用。研究得出結論，動力學吸附和分子轉化（地質(zhì)聚合）之間的協(xié)同作用產(chǎn)生了一種礦物穿梭，其中礦物相有機碳在表面沉積物中受到保護，免受再礦化并在深處釋放。這種礦物穿梭機制解釋了為什么轉化的有機碳能夠在很長的時間尺度上持續(xù)存在。該過程共同保護海洋沉積物頂層的有機物不被降解，并將其輸送到更深的地方。這種機制對全球碳循環(huán)和氣候變化具有重要意義，它有助于減少大氣中二氧化碳的濃度，從而在一定程度上緩解氣候變化。

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編譯 | Sara
審核 | Daisy
排版 | 綠葉

參考資料略

來源: 海洋與濕地