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海洋“生物泵”的演变

 

来源:《美国科学院院刊》                                 发布时间:2020年4月10日

 

新元古代(1000-542 Ma)时期极端冰川的发生令人难以置信且非常具有争议性。确定事件触发因素是全面了解这些冰川事件的主要阻碍之一。因为在发生此类事情之前的大约1500 Ma或之后的任何时间都没有可比拟的事件发生。地球初始冷却的机理还必须与海洋碳酸盐的碳同位素组成(即δ13C)中记录的明显的负偏移一致。后一个标准尤其具有挑战性,因为尽管还原后的生物形式碳的氧化(如有机物和水合甲烷)在13C中高度消耗,能够驱动海洋和大气δ13C产生负值,但温室气体的释放诸如CO2(和CH4)之类的气体将倾向于防止而不是造成冰川时代。

Tziperman及其同事通过认识到有机物氧化的替代途径可能是冷却(和大气中较低的CO2分压(pCO2)和大气中的δ13C)的原因。研究人员提出:在氧合程度较弱的新元古代海洋中,有机物的细菌代谢将倾向于与硫酸盐(SO42-)还原相结合,而不是使用有机酸氧化O2,这避免了有机物氧化的现象(即较高的大气pCO2)。去除SO42-可降低海洋酸度,降低大气中pCO2的作用。这种解释以及对其他同位素偏移的类似解释取决于最初存在的DOM数量比今天的海洋大几个数量级的海洋资源。古代DOM库(如果存在)的特征以及其最初是如何建造的尚不清楚。最近对降解不同有机物组分而产生的高能潜力的分析提供了一个线索——一系列分子结构,例如在高氧化海洋中被细菌降解的膜型化合物,可能已在前寒武纪海洋中有效地变得顽强。这些化合物的积累可能会产生大量的DOM库。

新元古代是海洋氧合度以及海洋生物和生态系统演化发生深刻变化的时代,它代表了向更熟悉的古生代地球系统的过渡。在海洋碳循环中,特别是在涉及DOM方面,可能发生同样深刻的变化,这似乎是非常合理的,这暗示了进化创新与全球碳循环和新的基本联系。但是,要进一步加强认识,需要更好地理解构成有机物的分子结构的范围,不同的生态系统如何产生不同比例的顽固性物质,细菌如何将不稳定组分转化为顽固性以及选择性如何不同的氧化还原环境之间的退化程度有所不同。

基于过程改进对DOM在海洋作用的认识不仅有助于阐明古代世界,而且有助于阐明海洋碳循环如何响应未来气候变化。

 

原文链接:Evolution of the ocean's “biological pump”

编译:李亚清      转自:海洋科技情报网