研究揭示了地球如何循环化石碳

December2017

里奥马德雷德迪奥斯盆地是研究地球如何循环化石碳的理想地点。鸣谢:马克·托雷斯/莱斯大学

（）据莱斯大学：作为我们星球上生命的主要元素，碳不断从生物进入地壳，然后回到大气中，但直到最近，量化这一旅程几乎是不可能的。

为了解开地球如何循环化石碳的谜团，莱斯大学的马克·托雷斯和他的合作者研究了一个从秘鲁安第斯山脉延伸到亚马逊泛滥平原的河流系统的化学成分。托雷斯与其他五个机构的合作者一起，帮助证明了从山顶到河漫滩的高碳分解率持续存在，因为曾经是史前海底的岩石中的碳通过侵蚀和风化释放到大气中。

根据发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究，研究人员使用铼——一种银灰色的重过渡金属——作为碳的替代物。了解地球自然的、前人类活动时期的碳循环，有助于深入了解地球的历史及其对当前气候挑战的反应。

托雷斯说:“这项研究的目的是量化地球向大气中自然释放二氧化碳的速度，并找出这一过程在不同的地理位置是否有所不同。”

传统上，理解这一过程具有挑战性，因为它涉及复杂的化学反应，将岩石转化为二氧化碳等气体，使其难以量化。

“这项研究使用了一种由罗伯特·希尔顿和马修·德林杰首创的新技术，该技术依赖于一种微量元素——铼，这种微量元素包含在化石有机物质中，”托雷斯说。“当浮游生物死亡并沉入海底时，死去的碳会发生化学反应，向其中添加铼。”

在很长一段时间里，地质作用会导致海底的岩石被挤压到地球表面，山脉和锁在岩石中的古老碳慢慢释放到大气中。当这种情况发生时，铼被留下，这可以在水中测量。

与化石碳中被植物吸收或成为其他化学或生物过程一部分的其他元素(如氮或磷)不同，铼相对惰性，这使它成为测量有多少碳从地壳释放到大气中的良好工具。

“生物体不关心它——它不是一种营养，”托雷斯说。“它只是被动地融入河流，在那里我们可以测量它。一个好的代理是只对你试图研究的过程做出反应的代理。

“你必须对铼这种元素及其化学和环境有很多了解，才能以这种方式解释它。在这些测量之前，必须进行大量的解释工作，这使得我们可以说，这种元素的唯一宿主是蒸发到大气中的化石碳。”

里奥马德雷德迪奥斯盆地是研究这个问题的理想地点，因为它提供了一个从最高的山脉一直到世界上流量最大的河流的洪泛平原的自然梯度。此外，该地点暴露的岩石类型是富含碳的页岩，Torres说这正是你在这种情况下想要研究的。



Rio Madre de Dios盆地到处都是富含碳的页岩，这是该项目研究的理想岩石类型。鸣谢:马克·托雷斯/莱斯大学

“我对这个工具感到非常兴奋，”托雷斯说。“Rice的学生已经在我们的实验室部署了相同的方法，所以现在我们可以进行这种测量并将其应用于其他站点。事实上，作为国家科学基金会资助的当前研究的一部分，我们正在南加州应用这一技术，以了解构造和气候如何影响化石碳的分解。”

通过掌握控制我们星球碳循环的缓慢过程，科学家可以建立更准确的气候模型，并致力于制定更有效的策略来减轻人为碳排放的影响。

托雷斯是莱斯大学地球、环境和行星科学助理教授。牛津大学沉积地质学教授希尔顿和萨瓦勃朗峰大学研究员德林杰是这项研究的主要作者。