图片由阿伦·斯塔宾斯提供

深海并没有着火。那么煤灰在里面干什么呢?

我们可能都同意深海没有着火。
但是燃烧森林或化石燃料等产生的烧焦的粉状烟灰构成了溶解在海洋中的碳的重要组成部分。那么,科学家们所谓的黑碳究竟是如何到达那里的呢?
多亏了化石记录中发现的木炭,科学家们知道,自从第一批树木出现以来,野火已经发生了数百万年。剩下的煤烟——黑碳——约占地球土壤中所有碳的10%,直到最近,科学家们还认为是河流把它冲入了海洋。
Aron Stubbins他与一组研究人员合作,对河流最终将黑碳带入海洋这一长期确立的观点进行了测试。
该团队的研究结果发表在自然通讯研究表明,在河流中发现的溶解的黑碳与海洋中的黑碳读数不符。

目前的研究是在斯塔宾斯的研究基础上进行的2012年吗?该研究表明,如果海洋中的黑碳暴露在阳光下,它可以迅速转化为二氧化碳,二氧化碳通过捕获热量在控制地球气候方面发挥着重要作用。斯塔宾斯说,这就是为什么了解黑碳从陆地上剩下的炭到进入海洋的过程中发生了什么很重要的原因之一。

“这是大量的碳,”斯塔宾斯说,他也是东北大学化学和化学生物学以及土木和环境工程的副教授。“我们想了解它是如何循环的,以了解它是否最终会以二氧化碳的形式进入大气。”

研究小组在乔治亚州萨凡纳海岸的工作已经暗示了河流和海洋中黑碳的差异2017年.斯塔宾斯说,现在的想法是在全球范围内测试溶解在河流和海洋中的黑碳。要做到这一点,他们需要在离岸越远越深的水域进行测试。

图片由阿伦·斯塔宾斯提供

从西伯利亚切尔斯基的东北科学站看到的科雷马河的支流潘提列哈河。斯塔宾斯从科雷马岛采集了样本,作为追踪溶解在海洋中的黑碳来源的研究的一部分。图片由阿伦·斯塔宾斯提供

该团队对北太平洋和北大西洋海洋进行了采样,由萨沙·瓦格纳(Sasha Wagner)领导,他曾是东北大学的博士后研究员,现在是纽约特洛伊伦斯勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute)地球与环境科学助理教授。该分析还包括亚马逊河、刚果河和其他主要河流。
斯塔宾斯说,在接近地表和几个深度的地方,研究小组探测到了几乎纯净的海水。例如,如果你潜入3000米深(约2英里)的夏威夷水域,你将在数百年没有见过海洋表面的水中游泳。同样的水已经很久没有靠近陆地了。

18年2月27日-马萨诸塞州波士顿2018年2月27日,Aron Stubbins拍了一张肖像照。Adam Glanzman/东北大学raybet雷竞技雷竞技app最新版

阿伦·斯塔宾斯是东北大学海洋与环境科学教授。Adam Glanzman/东北大学raybet雷竞技雷竞技app最新版

斯塔宾斯说:“当我们研究所有这些海洋样本(在不同深度)中的黑碳时,我们发现它们彼此之间有相当一致的特征。”“但它们与河水样本确实不同。”

通过对稳定碳的分析,可以发现这些差异同位素同一原子的非放射性形式,中子数不同,但化学性质相同。
稳定的碳同位素可以用来追踪自然界中发现的东西,比如黑碳,追溯到它们的起源。在陆地上,植物标记碳颗粒的同位素特征与海洋中的浮游植物不同。当二氧化碳从空气中被吸收并进入陆生植物时,它们会比碳13更有效地整合地球上最丰富的碳-12。

斯塔宾斯说:“本质上,C-13更大一点,更重一点,更慢一点。”“所以,它被分割了,被留下了。”

但浮游植物对碳-13中多余的中子并没有那么大的区别,碳-13是一种含量少得多的稳定同位素。斯塔宾斯说,这就是为什么海洋中的浮游植物和以它们为食的生物的碳-13同位素含量略高于陆地上的树木(和以它们为食的生物)的原因。他说,对这种相对丰度的分析可以确定黑碳是由树木还是浮游植物产生的。

“通过观察黑碳的同位素,我们发现海洋中的黑碳与河流中的黑碳来源不同,”他说。

这是来自深海的一个意想不到的谜团:溶解在海洋中的黑碳从何而来?

“因为我们知道海洋不会经常燃烧,”斯塔宾斯打趣道。

他说,下一步可能会把重点放在将海洋黑碳与其他大气颗粒的同位素特征相匹配上,或者考虑这些碳最终进入这些水域的其他方式。

他说:“海底储存着大量的有机碳,这些碳在过去可能经过了不同的处理。”“也许在那里的某个地方有这种材料来源的线索。”

这篇文章最初发表于(电子邮件保护)2019年11月27日

化学与化学生物学
海洋与环境科学