上海海洋大學海洋科學與生態(tài)環(huán)境學院王旭東副教授在國際環(huán)境科學領域頂級期刊Environmental Science & Technology（Nature Index期刊）上發(fā)表研究論文，首次基于自然樣品證實了深海冷泉系統(tǒng)可作為海洋黑碳的新來源，為解析海洋黑碳循環(huán)機制提供了關鍵科學證據(jù)。
背景
黑碳（BC）是生物質(zhì)和化石燃料不完全燃燒產(chǎn)生的含碳物質(zhì)，因其多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)，在環(huán)境中具有極強穩(wěn)定性，可在沉積環(huán)境中存續(xù)數(shù)百年至上萬年，被視為是惰性碳庫的重要組成部分。IPCC第六次評估報告已將黑碳列為“具有顯著溫室效應的氣候驅(qū)動因子”，凸顯了其在全球氣候變化和碳循環(huán)中的關鍵地位。黑碳不僅通過吸收太陽輻射加劇氣候變暖，還會吸附有毒物質(zhì)形成PM2.5，對大氣環(huán)境和人體健康造成直接威脅，因此引發(fā)全球政府、企業(yè)界和科學界的共同關切。
傳統(tǒng)認為，黑碳主要通過河流輸入與大氣沉降進入海洋，深海沉積物則是黑碳的主要儲存庫（圖1）。然而，目前黑碳研究在陸-海輸送通量、源-匯過程、碳同位素特征（穩(wěn)定碳同位素δ13C和放射性碳同位素Δ14C組成）和質(zhì)量平衡等方面存在顯著知識缺口，提示可能存在未知的黑碳來源或轉(zhuǎn)化過程。
圖1. 深海冷泉生態(tài)系統(tǒng)和正常海相黑碳來源存在差異
發(fā)現(xiàn)
冷泉系統(tǒng)通過向海底釋放甲烷和其他碳氫化合物，形成了特殊的地球化學環(huán)境。最近的培養(yǎng)實驗表明，冷泉區(qū)甲烷厭氧氧化古菌可在厭氧條件下產(chǎn)生黑碳（δ13CBC值最低可達-60‰），這顛覆了黑碳僅來源于燃燒過程的傳統(tǒng)認知。因此，有必要在自然環(huán)境中驗證這一發(fā)現(xiàn)，以明確冷泉滲漏對深海黑碳循環(huán)的實際貢獻。
研究團隊選取了南海和墨西哥灣冷泉區(qū)發(fā)育的碳酸鹽巖（甲烷厭氧氧化產(chǎn)物），系統(tǒng)分析了其中保存的黑碳。結(jié)果顯示，這些碳酸鹽巖中黑碳的最低δ13CBC值達到-45.2‰，這是首次證明自然環(huán)境中存在微生物來源黑碳的直接證據(jù)（圖2）。貝葉斯混合模型分析進一步表明，微生物來源黑碳在研究區(qū)冷泉碳酸鹽巖總黑碳中的占比可達2-33%。此外，通過綜合各海域放射性碳同位素（Δ14C）數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，深海黑碳通常較有機碳更加古老。鑒于冷泉區(qū)沉積有機碳年齡本身已經(jīng)非常古老（> 1萬年），合理推測冷泉區(qū)黑碳很可能是深海古老溶解態(tài)黑碳的潛在來源之一。
圖2. 海洋沉積物中黑碳（BC）和總有機碳（TOC）的δ13C和Δ14C組成
論文信息
論文第一作者為我院王旭東副教授，通訊作者為王旭東副教授和馮東教授。研究合作單位包括德國漢堡大學、法國海洋開發(fā)研究院、美國路易斯安那州立大學和廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局。本研究獲得了國家自然科學基金（42225603, 42106059, 42176056）、上海市教育發(fā)展基金會和上海市教育委員會“晨光計劃”（22CGA58）等項目的資助。
論文信息：
Wang, X., Lin, M., Peckmann, J., Bayon, G., Liang, Q., Roberts, H.H., Feng, D., 2025. Black carbon formation at cold seeps and its potential contribution to the marine black carbon budget. Environmental Science & Technology 59(16), 7983–7992.
全文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acs.est.4c12940
信息來源：上海海洋大學。
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