大家知道，氣候變化是個大問題，而碳排放是罪魁禍首之一。科學家們一直在尋找能把碳「鎖」起來的方法，讓它不再影響氣候。最近，科學家們在海底發現了一個巨大的「碳倉庫」。正是海底的鐵鏽，「鎖」住了大量的碳。海底藏著一種特殊的鐵鏽。這種鐵鏽就像一個強力磁鐵，能牢牢地吸住碳元素。這些被鐵鏽吸住的碳，就好像被鎖在了海底的「保險箱」里，很難跑出來。科學家們把這種被鐵鏽鎖住的碳，叫做「鐵結合有機碳」。
「海洋與濕地」（OceanWetlands）小編注意到，2024年7月29日，來自德國不萊梅大學海洋環境科學研究中心(MARUM)的科學家們在《自然通訊》期刊上發表的一篇最新的研究中，揭示了海底沉積物中鐵結合有機碳的動態循環的新見解。
綠會融媒·「海洋與濕地」（OceanWetlands）
長期以來，海洋沉積物中有機碳的保存問題一直是地球長期碳循環研究中未解的關鍵之一。在地質時間尺度上，沉積有機碳的埋藏速率對大氣氧氣和二氧化碳的濃度起到重要控制作用，進而對地球的環境條件產生重大影響。在海洋沉積物中，大約20%的有機碳直接結合活性鐵氧化物(FeR)。然而，這些活性鐵結合有機碳(FeR-OC)在海底沉積物中的命運以及其對微生物的可利用性一直未確定。
上圖：該海洋地形圖展示了海底的各種地貌特徵，其中包括大陸架和海洋高原（以紅色表示）、中洋脊（以黃綠色標記）以及深海平原（用藍色至紫色表示）。與陸地地形類似，海底也存在山脈、火山、山脊、峽谷和平原等地形特徵。這些地形結構不僅塑造了海洋的物理面貌，也深刻影響了海洋生態系統的分布和功能。大陸架是連接陸地與深海區域的過渡帶，海洋高原則是位於海底的隆起區域；而中洋脊則是海底新生地殼形成的地方，深海平原則覆蓋了大部分的海底，是海洋中最廣闊的區域。這些地貌特徵的多樣性揭示了海洋深處複雜的地質活動與演變過程。圖源：公域（圖文無關）
為了研究這個問題，科學家們重建了南海北部兩個沉積岩芯中連續的FeR-OC記錄，涵蓋了缺氧到甲烷生物地球化學帶，最長可達10萬年。
研究表明，在微生物活動旺盛的硫酸鹽-甲烷轉化區(SMTZ)中，FeR-OC在微生物介導的鐵還原過程中被重新動員，並因此被微生物分解成礦物質。產生的能量可以維持SMTZ中約一米厚的大部分微生物生命活動。
除了SMTZ之外，相對穩定的總有機碳比例以FeR-OC的形式存活下來，並在地質時期儲存在海洋沉積物中，避免了微生物的降解過程。
該研究的第一作者、現任「海底-地球未知介面」卓越集群的博士後研究員陳雲如博士（音譯）說：「這意味著，微生物活動第四紀海洋沉積物中FeR-OC的全球預計儲量可能比大氣碳庫大18到45倍。」
這項研究為評估沉積FeR-OC對沉積後微生物活動的穩定性邁出了關鍵一步，並揭示了其在海底沉積物中的動態循環和持久性。這項成果將被納入由MARUM協調的「海底」卓越集群。
上圖：該研究的研究區域及採樣站點圖。摘自：《千年尺度上鐵結合有機碳在北極海洋沉積物中的持久性》。圖源：Faust, J.C., Tessin, A., Fisher, B.J. et al.
感興趣的「海洋與濕地」（OceanWetlands）讀者可以參看全文：
Yunru Chen, Liang Dong, Weikang Sui, Mingyang Niu, Xingqian Cui, Kai-Uwe Hinrichs, Fengping Wang. Cycling and persistence of iron-bound organic carbon in subseafloor sediments. Nature Communications, 2024; 15 (1) DOI: 10.1038/s41467-024-50578-5
有機碳
有機碳（Organic Carbon）是指由生物體合成的碳化合物，廣泛存在於動植物組織、微生物以及土壤和沉積物中。它在地球碳循環中扮演著重要角色，影響大氣中二氧化碳的濃度和地球氣候。
鐵氧化物
鐵氧化物（Iron Oxides）是鐵元素與氧氣反應形成的化合物，通常表現為礦物質，如赤鐵礦（Fe₂O₃）和磁鐵礦（Fe₃O₄）。在海洋沉積物中，鐵氧化物可以與有機碳結合，影響其保存和循環過程。
反應性鐵氧化物
反應性鐵氧化物（Reactive Iron Oxides, FeR）是指在化學反應中具有較高活性的鐵氧化物，能夠與有機物發生反應，從而影響有機碳的保存和降解過程。
反應性鐵結合的有機碳
反應性鐵結合的有機碳（FeR-bound Organic Carbon, FeR-OC）是指有機碳與反應性鐵氧化物結合形成的復合物。這種結合形式的有機碳在海洋沉積物中通常較為穩定，並在地質時間尺度上對碳循環具有重要影響。
硫酸鹽-甲烷過渡區
硫酸鹽-甲烷過渡區（Sulfate-Methane Transition Zone, SMTZ）是指海洋沉積物中硫酸鹽還原和甲烷生成的過渡帶。在這一地區，微生物的活性很高，影響有機物的降解和再礦化過程。
微生物再礦化
微生物再礦化（Microbial Remineralization）是指微生物通過代謝活動將有機物質轉化為礦物質形式的過程。這個過程在沉積物中發生，影響有機碳的循環和保存。
沉積物有機碳儲量
沉積物有機碳儲量（Sedimentary Organic Carbon Reservoir）指的是存儲在海洋和陸地沉積物中的有機碳總量。這個儲量對理解全球碳循環和氣候變化具有重要意義。
「海洋底層 – 地球未探索的邊界」
「海洋底層 – 地球未探索的邊界」（The Ocean Floor -- Uncharted Interface of the Earth） 卓越研究集群項目是一項大型的、跨學科的科學研究計劃，由不萊梅大學MARUM海洋環境科學中心負責協調，其核心目標是深入探索和理解地球海洋底部——這一我們所知甚少的區域。該項目致力於揭示海洋底層這一地球表面71%被覆蓋的神秘區域的複雜作用。海洋底層位於海洋表面下約3700米深處，由於探測困難，科學家們對其了解仍有限。項目目標是量化海洋底層的交換過程及其對地球系統的影響，涉及開發新技術進行觀測和採樣，運用高度敏感的分析方法，以及擴展數值模型的應用。通過跨學科的合作，該項目希望深入理解海洋底層的地質、物理、生物和化學過程如何影響全球氣候和碳循環，從而為全球科學研究提供重要數據和洞察。筆者注意到MARUM上的介紹，參與此項目的機構包括不萊梅大學的地球科學學院和MARUM海洋環境科學中心，上海交通大學生命科學與生物技術學院微生物代謝國家重點實驗室、極地生態與氣候變化教育部重點實驗室及海洋學院，以及珠海南方海洋科學與工程廣東省實驗室。
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本文僅代表資訊，不代表平台觀點。供參考。
編譯 | 崑山
編輯 | Richard
排版 | 綠葉
【參考資料】
http://dx.doi.org/10.1038/s41467-024-50578-5
https://www.marum.de/en/Iron-oxides-in-the-oceanfloor.html
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado0424
https://www.marum.de/en/The-Ocean-Floor.html
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240819130724.htm