美研究人员揭示出空气长期处于碳氧平衡的主因
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2019年6月13日，美国国家科学基金会（NSF）发布消息称，其资助伍兹霍尔海洋研究所和哈佛大学的一项新研究有助于解答空气中碳氧长期稳定的主要原因。研究结果于近期发表在Nature杂志上。
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大气中的二氧化碳是一种无机形式的碳。植物、藻类和某些类型的细菌可以从空气中吸收二氧化碳，并将其用作体内糖、蛋白质和其他分子的组成单元。光合作用过程将无机碳转化为有机形式，同时将氧气释放到大气中。当这些生物死亡时会发生碳存储的逆过程，在此过程中微生物消耗空气中的氧气分解碳分子，并释放出二氧化碳。光合有机碳生产和微生物碳分解之间的平衡控制着大气成分和气候。大部分有机碳在生物圈中被呼吸回到二氧化碳中，但是一小部分有机碳被矿化，并且在地质时间尺度上得以长期保存。这种碳被长期封存在岩石中的过程促进了大气中的氧气积累和二氧化碳的减少。地球保持适宜的空气条件的原因之一是这种化学循环略有不平衡，其中有一小部分有机碳不会被微生物分解，而是封存在地下长达数百万年。
根据现有证据，研究人员提出了两个可能的原因来解释这部分碳被遗忘的原因。第一种称为“选择性保存”，它表明微生物很难去分解某些有机碳分子，因此即使在其他分子分解后，它们仍然保持在沉淀物中。第二种称为“矿物保护假说”（mineral protection hypothesis），它指出有机碳分子可能与它们周围的矿物质形成了强大的化学键，这种化学键如此之强，以至于细菌无法将这些碳分子分离并分解它们。
虽然这两种机制都可以在一系列环境和时间尺度上运行，但它们在未来1千年到10万年的时间尺度上的相对重要性仍然不确定。研究建立了有机碳活化能分布和土壤、沉积物有机碳中相应的放射性碳年龄的全球数据集。研究发现在所有含矿物样品中，活化能分布随时间而扩大。放射性碳年代进一步揭示出，与低能量、未结合的有机碳相比，高能量、矿物结合的有机碳可以存在上千年。因此，科学家发现第二个原因最有可能。该研究结果为矿物保护在促进有机碳保存方面的重要性提供了全球一致的证据。研究建议需对古代沉积物中键合强度多样性进行类似研究，以更科学地揭示有机碳的保存方式和原因，以及大气成分和气候在地质时期的变化。
小贴士:碳氧平衡：绿色植物在光合作用中制造的氧，超过了自身呼吸作用对氧的需要，其余的氧都以气体的形式排到了大气中；绿色植物还通过光合作用，不断消耗大气中的二氧化碳，这样就维持了生物圈中二氧化碳和氧气的相对平衡。
转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《气候变化科学动态监测快报》2019年第13期，牛艺博 编译。