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中国科学院海洋所张鑫研究团队发现可燃冰是深海冷泉ECO稳定的电容器!

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  近日,国际地学自然指数(Nature Index)期刊Earth and Planetary Science Letters在线刊发了中国科学院海洋研究所张鑫研究团队在冷泉ECO研究领域取得的重要进展。研究人员利用自主研制的深海原位实验室,通过长期的深海原位实验揭示冷泉沉积物中浅表层天然气水合物(可燃冰)是冷泉化能合成ECO繁荣稳定的缓冲器(电容器),展示出深海原位实验室在冷泉化能ECO研究中的巨大潜力。

  地球上大多数ECO依赖光合作用,然而深海的黑暗、高压、低氧环境长期以来被认为不适宜生物生存。近年来,深海探测技术的进步揭示了以化能合成为基础的深海冷泉ECO,重新定义了生命的边界。在冷泉区,甲烷是冷泉生物群落的主要能量来源。我们在南海冷泉区进行了多次原位实验,发现冷泉喷发虽为偶发事件,但冷泉生态系统在较长时间内保持相对来说比较稳定,与别的海域的研究结果相符。这引发了冷泉喷发间歇性与冷泉ECO相对稳定性之间的悖论。

  为解释这一悖论,张鑫团队采用了自主研制的深海原位实验室平台,在南海冷泉系统的天然实验环境中进行了原位实验。原位拉曼光谱多个方面数据显示,在冷泉喷发活动中,大量甲烷水合物迅速形成。喷发活动减弱或停止后,甲烷水合物分解释放出甲烷。深海高清视频显示,尽管冷泉喷发间断,但冷泉生物群落总体规模未见明显变化,冷泉底层水体的物理化学参数整体稳定。

  海底气体流动是瞬时事件,气体在运输管道或浅层沉积物中形成水合物,甚至有可能暴露在海底。我们提出了“天然气水合物电容器”概念,强调其在生物地球化学过程中的主导作用。这一动态“电容器”能够缓冲海底瞬时涌入的甲烷,并确保其更稳定地向甲烷贫化的底层水体扩散。这有助于维持生物群落接收的甲烷和硫化物通量的稳定性,从而维持繁荣稳定的冷泉生物群落。研究表明,在评估全球冷泉区生物群落与冷泉环境相互作用时,一定要考虑“电容器”的关键作用,并凸显了大型动态“电容器”构成了潜在的大规模天然海底碳汇,对全球碳循环和气候平均状态随时间的变化具有潜在的影响。

  论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士研究生张雄,通讯作者为张鑫研究员,海洋所正高级工程师栾振东、副研究员杜增丰等人为文章共同作者。研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目的联合资助,以及“科学”号科考船、“发现”号ROV运维团队支持。

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