近日一项发表于《自然-地球科学》（Nature Geoscience）新研究揭示了在海洋中保存有机碳的关键机制，这个知之甚少但至关重要的过程影响着地球的气候、碳循环和化石燃料的形成。

有机碳是指植物、动物等生物体内的碳化合物，如碳水化合物、蛋白质、脂肪等。在大多数环境中，有机碳会通过微生物的分解作用，转化为简单的无机碳形式，如二氧化碳和甲烷，最终释放到大气中或参与其他生物地球化学循环。

有机碳通常会在大多数环境中都会分解。然而，大量的有机碳仍然保存在海洋沉积物中，这是几十年来困扰科学家的谜团。海洋沉积物是由海洋生物的残骸、陆地输入的有机物以及海洋中的无机物质等组成的复杂混合物。在特定的环境条件下，如缺氧的沉积环境、低温高压的深海环境，有机碳的分解速率会大大降低，从而使得大量的有机碳得以保存在沉积物中。

随着时间的推移，海洋沉积物会经历复杂的地质过程，如沉积物的埋藏、压实、加热等。在这些过程中，保存下来的有机碳会发生一系列的化学变化。在一定的温度和压力条件下，有机碳会经历热解作用，逐渐转化为石油和天然气等烃类化合物。这一过程通常需要数百万年甚至更长的时间。

当有机碳转化为石油或天然气并储存在地下时，这些碳被有效地“锁定”起来，暂时不会释放到大气中。这在一定程度上减缓了大气中二氧化碳浓度的增加速度，对缓解气候变化具有一定的积极作用。

由曼彻斯特大学和利兹大学的科学家领导的一项研究发现了两个被忽视的过程，它们在保存海底有机碳方面发挥着主导作用：

• 吸附——矿物对碳的吸收

• 分子转化——将较小的活性分子转化为较大的活性较弱的分子

这种新的认识可以为限制海洋碳排放的战略提供信息，为应对气候变化提供有价值的工具。

曼彻斯特大学地球环境工程系PeymanBabakhani博士是该研究首席研究员，他说：“如果我们要利用或复制这些自然过程来应对气候变化，了解碳如何以及为何储存在海洋沉积物中至关重要。该研究结果揭示了以前被忽视的机制，为碳管理提供了新的途径。”

经过数年的努力，研究团队开发出一个综合模型，该模型考虑了比以往更广泛的碳保存过程。这些过程包括沉积物埋藏、水解（碳在水中的分解）、吸附（矿物表面对碳的吸收）和分子转化（形成更大、反应性更低的分子）。

研究人员将他们的模型与从海洋沉积物中收集的真实数据进行了比较。结果发现，碳保存效率几乎是以前其他模型计算的三倍。

他们还发现，他们的计算结果与真实世界的现场数据更加吻合，可以更准确地预测海底储存了多少有机碳。然后，他们将人工智能与模型结合使用，以找出哪些过程发挥了关键作用。

Babakhani博士补充说：“新的数值模型、蒙特卡罗和人工智能的结合为海洋沉积物中有机物的保存提供了关键见解，真是令人惊叹，因为对此已经争论了几十年。”他指出，人工智能如果应用得当，它就会成为一个强大的工具，帮助我们理解复杂的环境过程。

该研究指出动力学吸附和转化是控制有机碳保存的主要因素，强调了吸附和分子转化在碳循环中的关键作用。研究得出结论，动力学吸附和分子转化（地质聚合）之间的协同作用产生了一种矿物穿梭，其中矿物相有机碳在表面沉积物中受到保护，免受再矿化并在深处释放。这种矿物穿梭机制解释了为什么转化的有机碳能够在很长的时间尺度上持续存在。该过程共同保护海洋沉积物顶层的有机物不被降解，并将其输送到更深的地方。这种机制对全球碳循环和气候变化具有重要意义，它有助于减少大气中二氧化碳的浓度，从而在一定程度上缓解气候变化。

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编译 | Sara
审核 | Daisy
排版 | 绿叶

参考资料略

来源: 海洋与湿地