休斯敦——（2023 年 1 月 4 日）——一个国际科学家团队从 50 多年的海上科学钻探任务中煞费苦心地收集数据，以对沉入海底的有机碳进行史无前例的研究并被深深吸引到星球内部。

JOIDES Resolution 是德克萨斯 A&M 大学为国际海洋发现计划运营的一艘科考船，它钻入海底收集和研究岩心样本。（图片由国际海洋探索计划提供）

他们本周发表在《自然》杂志上的研究表明，气候变暖可能会减少有机碳的埋藏并增加返回大气的碳量，因为海洋温度升高会增加细菌的代谢率。

来自莱斯大学、得克萨斯 A&M 大学、利兹大学和不来梅大学的研究人员分析了在国际海洋发现计划(IODP) 进行的 1,500 多次船上探险中的 81 次中收集的泥质海底沉积物钻孔岩芯的数据，以及它的前身。他们的研究提供了迄今为止对过去 3000 万年有机碳埋藏的最详细说明，表明科学家对地球长期碳循环的动态还有很多需要了解的地方。

“我们发现有机碳的埋藏非常活跃。”该研究的合著者、赖斯的马克托雷斯说。“它变化很大，它对地球气候系统的反应比科学家之前想象的要多得多。”

马克·托雷斯（摄影：Tommy LaVergne/莱斯大学）

该论文的通讯作者、得克萨斯 A&M 海洋学家Yige Zhang说：“如果我们的新记录被证明是正确的，那么它们将改变我们对有机碳循环的很多理解。当我们使海洋变暖时，有机碳将更难找到埋藏在海洋沉积物系统中的方式。”

碳是生命的主要成分，随着植物和动物的生长和分解，碳不断在地球大气层和生物圈之间循环。碳还可以在数百万年的旅程中在地球上循环。它始于构造俯冲带，海洋顶部相对较薄的构造板块被向下拖到位于大陆顶部的较厚板块之下。向下潜水的海洋地壳在下沉时升温，其大部分碳以二氧化碳 (CO 2 ) 的形式从火山返回到大气中。

长期以来，科学家们一直在研究埋藏在海洋沉积物中的碳量。从海底钻取的岩心包含数千万年沉积下来的沉积物层。使用放射性测年法和其他方法，研究人员可以确定特定沉积物的沉积时间。科学家还可以通过研究沉积物中的矿物质和生物体的微观骨骼来了解地球过去的情况。

“碳有两种同位素——碳 12 和碳 13。”莱斯大学地球、环境和行星科学系助理教授托雷斯说。“区别只是一个中子。所以碳 13 只是重一点。”

“但生活是懒惰的，如果有更重的东西——即使是那么一点点——就更难移动。”托雷斯说。“所以生命更喜欢较轻的同位素碳 12。如果你种植一种植物并给它 CO 2，​​它实际上会优先吸收较轻的同位素。这意味着植物中碳 13 与 -12 的比例将低于您为植物提供的 CO 2中的碳 13 含量。”

有机碳埋藏和深俯冲的示意图。（图片由 R. Dasgupta/莱斯大学提供）

几十年来，科学家们一直使用同位素比率来研究在地球历史上特定时间点埋藏的无机碳和有机碳的相对数量。托雷斯表示，基于这些研究和计算模型，科学家们基本上认为，在过去的 3000 万年里，埋藏起来的碳量变化很小。

张说：“我们的想法是使用实​​际数据并计算其有机碳埋藏率，以得出全球碳埋藏量。我们想看看这种“自下而上”的方法是否与传统的同位素计算方法一致，后者更像是“自上而下”。”

从 IODP 探险中收集数据的工作落在了研究第一作者、不来梅的李子业身上，他当时是 A&M 的 Zhang 实验室的访问学生。

张说研究结果令人震惊。

“我们的新结果非常不同——它们与同位素计算所暗示的相反。”他说。

张说，在大约 1500 万年前的中新世时期，情况尤其如此。传统科学观点认为，该层段周围埋藏着大量有机碳，加利福尼亚州富含有机物的“蒙特雷组”就是一个例证。该团队的发现相反表明，在过去 2300 万年左右的这段时间里，埋藏的有机碳最少。

他将该团队的论文描述为一种具有潜在影响力的新方法的开端，该方法可以分析可能有助于理解和应对气候变化的数据。

“这是人们的好奇心，但我也想让它更能说明未来会发生什么。”张说。“我们正在做几件非常有创意的事情，以真正使用古数据来告知我们现在和未来。”

该研究得到了美国化学学会石油研究基金 (59797-DNI2) 的支持。在过去的 36 年里，得克萨斯 A&M 代表国家科学基金会担任 IODP 钻井船 JOIDES Resolution 的科学操作员，这是该大学目前管理的最大的联邦研究资助的一部分。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。