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近日，《地球與行星科學(xué)通訊》（Earth and Planetary Science Letters）發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所研究員張?chǎng)螆F(tuán)隊(duì)在冷泉生態(tài)系統(tǒng)研究領(lǐng)域取得的進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)利用自主研制的深海原位實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)長(zhǎng)期的深海原位實(shí)驗(yàn)揭示冷泉沉積物中淺表層天然氣水合物（可燃冰）是冷泉化能合成生態(tài)系統(tǒng)繁榮穩(wěn)定的緩沖器（“電容器”），展示出深海原位實(shí)驗(yàn)室在冷泉化能生態(tài)系統(tǒng)研究中的潛力。

地球上大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)依賴光合作用，然而深海的黑暗、高壓、低氧環(huán)境長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為不適宜生物生存。近年來(lái)，深海探測(cè)技術(shù)的進(jìn)步揭示了以化能合成為基礎(chǔ)的深海冷泉生態(tài)系統(tǒng)，重新定義了生命的邊界。在冷泉區(qū)，甲烷是冷泉生物群落的主要能量來(lái)源。研究人員在南海冷泉區(qū)進(jìn)行了多次原位實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)冷泉噴發(fā)雖為偶發(fā)事件，但冷泉生態(tài)系統(tǒng)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定，與其他海域的研究結(jié)果相符。這引發(fā)了冷泉噴發(fā)間歇性與冷泉生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性之間的悖論。

為解釋這一悖論，該團(tuán)隊(duì)采用自主研制的深海原位實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，在南海冷泉系統(tǒng)的天然實(shí)驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行原位實(shí)驗(yàn)。原位拉曼光譜數(shù)據(jù)顯示，在冷泉噴發(fā)活動(dòng)中，大量甲烷水合物迅速形成。噴發(fā)活動(dòng)減弱或停止后，甲烷水合物分解釋放出甲烷。深海高清視頻顯示，盡管冷泉噴發(fā)間斷，但冷泉生物群落總體規(guī)模未見(jiàn)明顯變化，冷泉底層水體的物理化學(xué)參數(shù)整體穩(wěn)定。

海底氣體流動(dòng)是瞬時(shí)事件，氣體在運(yùn)輸管道或淺層沉積物中形成水合物，甚至可能暴露在海底。研究人員提出了“天然氣水合物電容器”概念，強(qiáng)調(diào)其在生物地球化學(xué)過(guò)程中的主導(dǎo)作用。這一動(dòng)態(tài)“電容器”能夠緩沖海底瞬時(shí)涌入的甲烷，并確保其更穩(wěn)定地向甲烷貧化的底層水體擴(kuò)散。這有助于維持生物群落接收的甲烷和硫化物通量的穩(wěn)定性，從而維持繁榮穩(wěn)定的冷泉生物群落。研究表明，在評(píng)估全球冷泉區(qū)生物群落與冷泉環(huán)境相互作用時(shí)，需要考慮“電容器”的關(guān)鍵作用。該工作揭示大型動(dòng)態(tài)“電容器”構(gòu)成了潛在的大規(guī)模天然海底碳匯，對(duì)全球碳循環(huán)和氣候變化具有潛在影響。

相關(guān)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。

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原位實(shí)驗(yàn)示意圖