近日，自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室（MED）潘建明团队在国际著名地学期刊《Marine Chemistry》发表了题目为《雅浦海沟北部区域沉积有机碳循环的空间分异：对有机碳埋藏的启示（Spatial heterogeneity of organic carbon cycling in sediments of the northern Yap Trench: Implications for organic carbon burial）》的研究论文。该研究通过蛟龙号载人深潜器采集了雅浦海沟北部断面陆地板块和大洋板块不同水深的沉积柱状样，利用有机碳同位素、颗粒物比表面积、粒度组成等地球化学参数分析，重点探究了超深渊沉积有机碳源汇过程及其空间分异机制。

在全球气候变化背景下，海洋以及全球碳的源汇过程及控制机制研究愈显重要。大洋中水深超过6000米的海沟，具备活跃的板块活动、较弱的水动力环境和“V”形地质构造，被认为是深层大洋有机碳的“捕获器”和活跃的“微生物反应器”。同时，海沟两侧板块相向聚合运动会携带上覆沉积物一齐俯冲进入熔融地幔，从而完成将地表有机碳输送进入地球深处的过程，因而海沟在地质时间尺度上成为地球岩石圈的 “终极碳汇”。但新近研究表明，在海沟内部不同深部和侧坡之间，由构造板块俯冲、弯曲和碰撞所引起的大尺度地形（沟槽斜坡陡度）和地貌变化（如断层、地堑和地垒）可以通过调节水动力环境对沉积有机碳的分布、组成乃至底栖生物生命活动产生显著影响，进而造成海沟内部沉积有机碳源汇过程的空间分异性。

本研究发现，雅浦海沟不同水深和侧坡沉积物中有机碳的源汇过程具有显著的空间异质性。在有机碳的含量上，表层沉积有机碳的含量从深渊深度（4435 m，0.25%）到超深渊深度（6674 m，0.50%）升高了1倍，且同等水深处坡度较缓的大洋板块侧坡较陆地板块具有高1个量级的颗粒物沉积速率，表明海沟内部坡度较缓的区域易于颗粒态有机质的堆积。同时，在海沟内部，颗粒物粒径和密度对海沟内部有机碳的散布具有重要影响，在陆地板块侧坡粘土粒级、高密度的非生源的玄武岩碎屑对该区域有机碳具有稀释效应，而在大洋板块侧坡，粘土粒级颗粒物则主要为低密度的生源碎屑，与有机碳含量正相关。在有机碳的来源和组成上，年龄较小的海洋浮游植物和陆地维管植物来源有机碳是缓坡沉积有机碳的主要组成部分（约占总有机碳库的71%），而经微生物作用的高度降解的、年龄较老的有机碳是陡坡沉积有机碳的主要贡献者（超过50%）。在有机碳的降解和埋藏方面，虽然超深渊具有极端高压和水深，但超深渊中颗粒物有机碳载荷普遍低于其他海洋环境，有机碳降解速率（约0. 15 kyr^-1 ~ 0. 68 kyr^-1）跟普通海底平原没有显著差异，其埋藏速率（~2.7 × 10^-2 g C m^-2 yr^-1）显著低于深海平原，进一步表明雅浦海沟内部沉积有机碳的低效保存。

图1 雅浦海沟北部沉积有机碳空间分异机制概念图（SOC：沉积有机碳；OC：有机碳；MGS：中值粒径；SSA：比表面积）

Dong Li, Zhao Jun^*, Peng Yao, Chenggang Liu, Chengjun Sun, Jianfang Chen, Jianming Pan, Zhengbing Han, Ji Hu, 2020. Spatial heterogeneity of organic carbon cycling in sediments of the northern Yap Trench: Implications for organic carbon burial. Marine Chemistry, https://doi.org/10.1016/j.marchem.2020.103813

该研究得到了国家自然科学基金青年基金项目（41606090）、国家重点基础研究发展计划项目（2015CB755904）和所专项个人项目（JG1624、JG1516）的联合资助。