上海海洋大學海洋科學與生態環境學院王旭東副教授在國際環境科學領域頂級期刊Environmental Science & Technology（Nature Index期刊）上發表研究論文，首次基于自然樣品證實了深海冷泉系統可作為海洋黑碳的新來源，為解析海洋黑碳循環機制提供了關鍵科學證據。

背景

黑碳（BC）是生物質和化石燃料不完全燃燒產生的含碳物質，因其多環芳香結構，在環境中具有極強穩定性，可在沉積環境中存續數百年至上萬年，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動因子”，凸顯了其在全球氣候變化和碳循環中的關鍵地位。黑碳不僅通過吸收太陽輻射加劇氣候變暖，還會吸附有毒物質形成PM2.5，對大氣環境和人體健康造成直接威脅，因此引發全球政府、企業界和科學界的共同關切。

傳統認為，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（穩定碳同位素δ13C和放射性碳同位素Δ14C組成）和質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化過程。

圖1. 深海冷泉生態系統和正常海相黑碳來源存在差異

發現

冷泉系統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境。最近的培養實驗表明，冷泉區甲烷厭氧氧化古菌可在厭氧條件下產生黑碳（δ13CBC值最低可達-60‰），這顛覆了黑碳僅來源于燃燒過程的傳統認知。因此，有必要在自然環境中驗證這一發現，以明確冷泉滲漏對深海黑碳循環的實際貢獻。

研究團隊選取了南海和墨西哥灣冷泉區發育的碳酸鹽巖（甲烷厭氧氧化產物），系統分析了其中保存的黑碳。結果顯示，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境中存在微生物來源黑碳的直接證據（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）數據發現，深海黑碳通常較有機碳更加古老。鑒于冷泉區沉積有機碳年齡本身已經非常古老（> 1萬年），合理推測冷泉區黑碳很可能是深海古老溶解態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、法國海洋開發研究院、美國路易斯安那州立大學和廣州海洋地質調查局。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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