近日，在我院张瑞杰副教授等的指导下，硕士研究生李浩蓝以第一作者在环境学领域著名期刊Environmental Science & Technology（IF=11.4）以封面论文发表深海黑碳研究领域取得的最新成果Black Carbon in Deep-Sea Seamount Sediment Cores: Vertical Variation and Non-Negligible Char Black Carbon（深海海山沉积柱中的黑碳：垂向变异及不可忽视的焦炭组分）。该研究利用南海中南海山不同高度处的沉积柱为研究材料，通过2种方法分析了沉积物中黑碳的两种组分烟炱和焦碳含量的垂向变异，以及焦碳BC在海山不同高度和沉积柱剖面上不同深度的分子变化特征，揭示了黑碳在深海沉积物中的环境地球化学行为，为海洋沉积物黑碳埋藏通量的估算及其环境效应提供了重要理论基础。这是我院首次在深海海山及环境黑碳领域取得的重要进展。研究工作得到了南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）的大力支持。
黑碳（BC）为缩合的芳香环大分子结构，是生物质和化石燃料不完全燃烧的产物。其化学性质比较稳定，可以在环境中持续存在数百甚至数千年。BC的分子大小和凝结度受到燃烧温度的影响，通常高温燃烧产生的烟炱BC（SBC）组分相较于低温燃烧产生的焦碳BC（CBC）组分具有更高的凝结度和环境持久性。陆源产生的BC可通过大气和河流传输并沉降进入海洋沉积物，因此海洋沉积物被认为是BC的主要储库。BC在海洋沉积物中的沉积可有效地将碳从短期的生物大气循环转移到长期的地质循环中，其固存是一个经常被忽视的大气CO2汇。最近的研究表明，地球系统模型（ESMs）忽略了BC循环，导致高估了气候变化和野火排放之间的正反馈强度。
由于持久性的差异，以往关于BC埋藏通量的研究通常仅基于SBC估算得到，往往忽略了CBC的存在。本研究通过“深海勇士”号深潜器采集南海中南海山（山顶水深288米，山底水深4355米）不同高度位置沉积柱，采用化学热氧化（CTO）和苯多羧酸（BPCA）两种方法分别对BC的两种组分进行分析，从分子角度揭示了BC在深海的命运，并对以往仅基于SBC计算得到的BC埋藏通量进行了重新评估。
研究表明，CBC含量从海山上部（1432 m）的0.026 ± 0.010%增加到近山脚处（4278 m）的0.039 ± 0.012%，约为SBC含量的1/4 ~ 2/5。随着深度的增加，CBC和SBC的含量差距逐渐减小。保守估计，以往仅基于SBC估算的海洋沉积物中BC的埋藏通量与实际值相比被低估了约20 ~ 30%。
在深海沉积物中，生物地球化学因素影响着CBC分子随深度的变化。在海山中上部（1432 m和2465 m），高凝结的CBC分子沿沉积柱剖面向下逐渐积累。而在海山中下部（3497 m），苯三羧酸(B3CA)和苯四羧酸(B4CA)含量的降低伴随着CBC凝结度的升高，即低凝结CBC分子被优先消耗。之后，CBC分子在海山近山脚处（4285 m）表现出相对稳定的状态。上述发现证实了CBC在深海沉积物中同样具有长期的碳封存能力，其含量不可忽视，为今后探究BC与气候变暖之间的相互影响提供了重要的理论基础。
研究得到了国家自然科学基金重点项目和南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）创新团队建设经费的支持。（李浩蓝、张瑞杰/文 论文/图 周剑/编辑 余克服/审核）
论文具体信息如下：
Li Haolan, Zhang Ruijie, Yan Annan, Xie Wei, Wang Mengyuan,Yu Kefu. Black Carbon in Deep-Sea Seamount Sediment Cores: Vertical Variation and Non-negligible Char Black Carbon, Environmental Science & Technology, Online Sep. 15, 2023, https://doi.org/10.1021/acs.est.3c04208
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