上海海洋大学揭示冷泉系统为深海黑碳的潜在来源！

上海海洋大学海洋科学与生态环境学院王旭东副教授在国际环境科学领域顶级期刊Environmental Science & Technology（Nature Index期刊）上发表研究论文，首次基于自然样品证实了深海冷泉系统可作为海洋黑碳的新来源，为解析海洋黑碳循环机制提供了关键科学证据。

背景

黑碳（BC）是生物质和化石燃料不完全燃烧产生的含碳物质，因其多环芳香结构，在环境中具有极强稳定性，可在沉积环境中存续数百年至上万年，被视为是惰性碳库的重要组成部分。IPCC第六次评估报告已将黑碳列为“具有显著温室效应的气候驱动因子”，凸显了其在全球气候变化和碳循环中的关键地位。黑碳不仅通过吸收太阳辐射加剧气候变暖，还会吸附有毒物质形成PM2.5，对大气环境和人体健康造成直接威胁，因此引发全球政府、企业界和科学界的共同关切。

传统认为，黑碳主要通过河流输入与大气沉降进入海洋，深海沉积物则是黑碳的主要储存库（图1）。然而，目前黑碳研究在陆-海输送通量、源-汇过程、碳同位素特征（稳定碳同位素δ13C和放射性碳同位素Δ14C组成）和质量平衡等方面存在显著知识缺口，提示可能存在未知的黑碳来源或转化过程。

图1. 深海冷泉生态系统和正常海相黑碳来源存在差异

发现

冷泉系统通过向海底释放甲烷和其他碳氢化合物，形成了特殊的地球化学环境。最近的培养实验表明，冷泉区甲烷厌氧氧化古菌可在厌氧条件下产生黑碳（δ13CBC值最低可达-60‰），这颠覆了黑碳仅来源于燃烧过程的传统认知。因此，有必要在自然环境中验证这一发现，以明确冷泉渗漏对深海黑碳循环的实际贡献。

研究团队选取了南海和墨西哥湾冷泉区发育的碳酸盐岩（甲烷厌氧氧化产物），系统分析了其中保存的黑碳。结果显示，这些碳酸盐岩中黑碳的最低δ13CBC值达到-45.2‰，这是首次证明自然环境中存在微生物来源黑碳的直接证据（图2）。贝叶斯混合模型分析进一步表明，微生物来源黑碳在研究区冷泉碳酸盐岩总黑碳中的占比可达2-33%。此外，通过综合各海域放射性碳同位素（Δ14C）数据发现，深海黑碳通常较有机碳更加古老。鉴于冷泉区沉积有机碳年龄本身已经非常古老（> 1万年），合理推测冷泉区黑碳很可能是深海古老溶解态黑碳的潜在来源之一。

图2. 海洋沉积物中黑碳（BC）和总有机碳（TOC）的δ13C和Δ14C组成

论文信息

论文第一作者为我院王旭东副教授，通讯作者为王旭东副教授和冯东教授。研究合作单位包括德国汉堡大学、法国海洋开发研究院、美国路易斯安那州立大学和广州海洋地质调查局。本研究获得了国家自然科学基金（42225603, 42106059, 42176056）、上海市教育发展基金会和上海市教育委员会“晨光计划”（22CGA58）等项目的资助。

论文信息：

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.

全文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.est.4c12940

• 信息来源：上海海洋大学。
  

  转载请注明信息来源及海洋知圈编排。