新研究改写了我们对地球深层碳氯循环的认识

新研究改写了我们对地球深层碳氯循环的认识新的研究揭示，地球的逐渐冷却深刻影响了碳和氯的深层循环，改变了它们从地表到内部的行为。这种认识上的转变影响了我们对地球地质历史、气候演变、海洋和生命的看法，甚至可以让我们深入了解火星等其他行星的状况。"地球的冷却给碳和氯的深层循环带来了巨大的变化，"陈博士说。陈春飞博士正在进行实验分析。资料来源：麦考瑞大学"今天，氯通常以火山气体的形式返回地面，而大部分碳则以固态碳酸盐的形式被困在数百公里深的地方；但在地球年龄达到现在的三分之二之前，情况却完全相反。"在地球形成后的早期，岩浆占据了地球表面，但随着地球逐渐冷却，地表形成了厚约100千米的地壳板块，在板块构造作用下在地幔上滑行。随着大洋构造板块在俯冲带潜回地幔，沉积在大洋下方海槽中的沉积物也可能被推入地幔。科学家们在高压熔化实验中研究这些沉积物的命运时，以前处理的是所有海洋沉积物的平均值，其中碳只是次要成分。然而，大部分碳都积聚在碳酸盐沉积物中--我们熟悉的地表大面积碳酸盐沉积物的例子包括多佛尔的白悬崖或意大利的多洛米蒂山脉--这些沉积物的表现可能与小部分碳的表现不同。英格尔堡--碳酸盐沉积物在英国多佛形成悬崖。资料来源：StephenFoley陈博士的研究小组利用高压实验模拟了石灰岩和白垩的俯冲过程，发现石灰岩中的任何污物都会首先融化，产生硅酸盐熔体，而碳酸盐则会以固体形式被推向更深的地方，并向地幔深处推进。研究小组还测试了模拟地球漫长历史中更早、更热时期的条件，发现石灰岩熔化了，但盐分不会溶解在它们产生的碳酸盐熔体中，而是被推向地幔深处，而不是像今天这样返回地面。研究报告的第二作者、澳大利亚国立大学分析样本的迈克尔-福斯特博士说："看到盐和杂质如何从碳酸盐中完全分离出来，这非常了不起。"当电子显微镜对微小的实验相进行放大和分析时，研究小组取得了突破性进展，在干净的方解石晶体旁边出现了一池淬火玻璃和盐。当他们看到这一幕时，陈春飞兴奋地说：'这意味着俯冲带一定充当了一个巨大的过滤器，用来将盐分接纳到地球深处！'"这项研究是追踪地球进化史中碳、氮和氯的深层循环的大型项目的一部分，该项目由麦考瑞大学自然科学学院特聘教授斯蒂芬-弗利（StephenFoley）领导。"地球深层地幔和地表之间碳、氯和氮等挥发性元素的交换是气候、海洋和地球上所有生命进化的关键，"Foley教授说。"这项意义重大的研究首次考虑了大量碳酸盐沉积物的俯冲，而不是一般的沉积岩--尽管在板块构造中涉及巨大的碳酸盐岩块更为现实。随着时间的推移，氯和碳行为的这些变化很可能会影响到地球历史上不同时期海水的咸度，并对地球生命的发展产生影响"。他补充说，这项研究将使我们对地球的进化及其与生命发展之间微妙的相互作用有一个更全面的认识，并能帮助我们了解火星等地球以外星球的状况。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381849.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381849.htm

新研究发现红树林和盐沼储存的碳比以前认为的多一倍

新研究发现红树林和盐沼储存的碳比以前认为的多一倍哥德堡大学海洋化学研究员GloriaReithmaier。图片来源：MichaelReithmaier哥德堡大学的一份新研究报告显示，气候减缓效果比以前想象的还要好。"我们在红树林和盐沼中发现了更多储存的碳。我们的新发现表明，大部分碳在潮水退去时以碳酸氢盐的形式输出到海洋中，并在海洋中溶解数千年。碳酸氢盐可以稳定pH值，减轻海洋酸化。"哥德堡大学海洋化学研究员GloriaReithmaier说："这一贡献以前一直被忽视。"碳酸氢盐是生态环境的重要组成部分，日常生活中我们主要将其用于发酵过程，在海洋中，碳酸盐和碳酸氢盐被用于构建贝壳和珊瑚骨骼。Reithmaier和她的同事们得到了来自12个不同国家的科学家的帮助，对全球45个红树林沼泽和16个盐沼的潮间带碳迁移进行了分析。当他们考虑到从生态系统向海洋输出的碳酸氢盐时，这些生态系统中的碳陷阱规模增加了一倍。"我们的研究结果表明，碳酸氢盐的输出量等于甚至超过了土壤中储存的碳量。因此，以前对这些蓝碳源的估计低估了红树林和盐沼在减缓气候变化方面的潜力，蓝碳生态系统在减缓气候变化方面比以前想象的更加有效。现在，保护和恢复红树林和盐沼生态系统变得更加重要"。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424023.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424023.htm

大自然的岔路口：土壤的碳捕获困境

大自然的岔路口：土壤的碳捕获困境研究人员确定了决定土壤是捕获碳还是以二氧化碳形式释放碳的关键因素，突出了分子相互作用和土壤化学的作用，可能有助于减缓气候变化的努力。Smectite粘土（如图所示）含有已知能在天然土壤中固碳的粘土矿物。资料来源：FrancescoUngaro通过结合实验室实验和分子建模，研究人员研究了有机碳生物分子与一种以捕获土壤中有机物而闻名的粘土矿物之间的相互作用。他们发现，静电荷、碳分子的结构特征、土壤中周围的金属养分以及分子间的竞争都对土壤捕集碳的能力（或无能）起着重要作用。新发现可以帮助研究人员预测哪些土壤化学成分最有利于捕获碳，从而有可能找到基于土壤的减缓人类造成的气候变化的解决方案。这项研究最近发表在《美国国家科学院院刊》上。该研究的资深作者、西北大学的LudmillaAristilde说："土壤中储存的有机碳约为大气中碳含量的十倍。如果这个巨大的储存库受到干扰，将会产生巨大的连锁反应。目前有很多人在努力将碳封存起来，以防止它进入大气层。如果我们想这样做，那么我们首先必须了解其中的机制。"作为环境过程中有机物动力学方面的专家，Aristilde是西北大学麦考密克工程学院土木与环境工程副教授。王家兴是Aristilde实验室的博士生，也是论文的第一作者。西北大学本科生RebeccaWilson是论文的第二作者。普通粘土土壤固碳量达25000亿吨，是地球上最大的碳汇之一，仅次于海洋。尽管土壤就在我们身边，但研究人员才刚刚开始了解它是如何从碳循环中锁碳固碳的。为了研究这一过程，阿里斯蒂尔德和她的团队研究了埃米土，这是一种已知能在天然土壤中固碳的粘土矿物。然后，他们研究了粘土矿物的表面如何与十种不同的生物大分子结合，其中包括氨基酸、与纤维素有关的糖和与木质素有关的酚酸，它们的化学性质和结构各不相同。"我们决定研究这种粘土矿物，因为它无处不在，"Aristilde说。"几乎所有土壤都含有粘土矿物。而且，粘土普遍存在于半干旱和温带气候地区--我们知道这些地区将受到气候变化的影响。"异性相吸阿里斯蒂尔德和她的团队首先研究了粘土矿物与单个生物分子之间的相互作用。由于粘土矿物带负电荷，带正电荷的生物分子（赖氨酸、组氨酸和苏氨酸）的结合力最强。但有趣的是，这种结合并非完全由静电荷决定。研究人员利用三维计算模型发现，生物分子的结构也发挥了作用。他说："在有些情况下，两个分子都带正电，但其中一个分子与粘土的相互作用比另一个更好。这是因为结合的结构特征也很重要。分子必须足够灵活，能够采用一种结构排列方式，使其带正电荷的成分与粘土对齐。例如，赖氨酸有一个带正电荷的长臂，可以用来固定自己。"朋友的帮助按照这种逻辑，人们可能会认为带负电荷的生物分子无法与粘土结合。但阿里斯蒂尔德和她的团队发现，周围的天然金属养分可以介入其中。带正电荷的金属（如镁和钙）在带负电荷的生物分子和粘土矿物之间架起了一座桥梁，形成了一种结合。即使是通常不会与粘土结合的生物分子，当镁存在时，也能够看到其结合率显著提高。因此，土壤中的天然金属成分可以促进碳捕集。虽然这是一个广泛报道的现象，但研究人员揭示了其结构和机制。混合与交融在研究单个生物分子与粘土矿物之间的相互作用时，研究人员发现结合是可预测和直接的。为了获得更接近真实世界环境的信息，阿里斯蒂尔德和她的团队将不同的生物分子混合在一起。"我们知道，环境中不同类型的生物分子是共存的，"阿里斯蒂尔德说。"因此，我们还进行了生物分子混合物的实验。虽然研究人员最初认为生物分子会相互竞争与粘土相互作用，但他们却发现了意想不到的行为。一个令人惊讶的转折是，即使是具有柔性结构的带正电荷的生物大分子也会受到抑制，无法与粘土矿物结合。虽然它们在单独存在时很容易与粘土结合，但生物大分子相互结合的冲动似乎取代了它们对粘土的吸引力。这在以前是没有过的。两种生物分子之间的吸引能量实际上高于生物分子对粘土的吸引能量。这导致吸附力下降。这改变了我们对分子如何在表面上竞争的看法。它们不仅仅是在争夺表面的结合位点。它们实际上可以相互吸引。下一步行动接下来，阿里斯蒂尔德和她的团队计划研究在包括热带气候在内的温暖地区发现的土壤中，生物分子是如何与矿物质相互作用的。在另一个相关项目中，他们的目标是探索有机物如何在河流和其他水系中迁移。阿里斯蒂尔德说："既然我们已经研究了主要存在于温带地区的粘土矿物，我们就想了解其他类型的矿物。它们是如何捕获有机物的？过程是相同还是不同？如果我们想让碳继续留在土壤中，那么我们就需要了解它们是如何组合的，以及这种组合是如何影响微生物的可及性的。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421805.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421805.htm

康奈尔大学研究人员借助藻类的能力为光合作用增效

康奈尔大学研究人员借助藻类的能力为光合作用增效研究人员通过在烟草植物中加入藻类元素，显著提高了植物的光合作用和生长能力，从而提高了植物的生产力和固碳能力。这项研究以Rubisco为中心，Rubisco是地球上每个生态系统中最丰富的蛋白质。Rubisco通过固定碳来完成光合作用的第一步，它以各种形式出现在各种生物体内，包括植物、红藻、绿藻和细菌。Rubisco的速度很慢，而且很难区分氧气和二氧化碳，Gunn和其他几位Cornellians正在研究这个问题。因此，Rubisco经常限制植物生长和作物产量。一种红藻Griffithsiamonilis（Gm）含有Rubisco，它的固碳效率比其他生物（包括陆地作物）的Rubisco高30%。至少20年来，科学家们一直有兴趣将高效的GmRubisco移植到水稻、小麦、大豆和烟草等植物中，以提高它们的产量。这是因为Rubisco需要多种"伴侣"，它们对蛋白质的折叠、组装和活性至关重要--烟草植物中有7种这样的助手--而红藻中的大多数伴侣都是未知的。在他们的研究中，Gunn和她的合著者得以解决GmRubisco的三维结构问题，并利用这一信息成功地将水螅根杆菌（Rhodobactersphaeroides，RsRubisco）的少量区域嫁接到细菌的Rubisco中。"RsRubisco的效率并不高，但它与GmRubisco的关系非常密切--它们就像是表亲--这意味着，与陆地植物的Rubisco不同，它可以接受嫁接的序列，"Gunn说。"RsRubisco在陆地植物中折叠和组装时也不需要任何特殊的伴侣物。"这种变化使羧化率（Rubisco启动碳固定过程的速度）提高了60%，羧化效率提高了22%，RsRubisco区分二氧化碳和氧气的能力提高了7%。随后，作者将他们的细菌突变体移植到烟草中，与未改变RsRubisco的烟草相比，烟草的光合作用和植物生长都翻了一番。Gunn说，烟草是最容易操纵Rubisco的陆生植物，因此可以作为开发更高效的Rubisco的试验案例，这种Rubisco可以转移到更多与农艺相关的物种上。Gunn说："我们还没有达到超越野生型烟草的程度，但我们已经步入正轨。我们只需要对Rubisco性能进行适度的改进，因为即使在整个生长季中进行很小的改进，也能使植物的生长和产量发生巨大的变化，而且潜在的应用领域涉及多个领域：更高的农业产量；更高效、更经济的生物燃料生产；碳封存方法；以及人造能源的可能性。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373871.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373871.htm

研究发现病毒会增强海洋的碳捕获能力

研究发现病毒会增强海洋的碳捕获能力基于网络的生态互动分析表明，北极和南极地区RNA病毒物种的多样性高于预期。基因组分析的进展通过将基因组测序数据与人工智能分析相结合，研究人员发现了海洋病毒，并对其基因组进行了评估，发现它们从其他微生物或细胞中"窃取"了处理海洋中碳的基因。通过绘制微生物代谢基因（包括水下碳代谢基因）图谱，研究人员发现全球海洋中有340种已知的代谢途径。其中，有128种还存在于海洋病毒的基因组中。俄亥俄州立大学微生物学教授兼微生物组科学中心主任马修-沙利文（MatthewSullivan）说："这个数字如此之高，让我感到震惊。"通过计算技术的进步，研究小组挖掘出了这一巨大的数据宝库，现在已经揭示了哪些病毒在碳代谢中发挥作用，并将这一信息用于新开发的群落代谢模型，以帮助预测如何利用病毒来设计海洋微生物群，从而实现更好的碳捕获。沙利文说："建模是为了了解病毒是如何提高或降低系统中的微生物活性的。群落代谢建模告诉我一个梦寐以求的数据点：哪些病毒以最重要的代谢途径为目标，这很重要，因为这意味着它们是很好的杠杆。"昨天（2024年2月17日），沙利文在丹佛举行的美国科学促进会年会上介绍了这项研究。碳捕获病毒工程苏利文是塔拉海洋联合会（TaraOceansConsortium）的病毒研究协调人，该联合会是一项为期三年的全球性研究，研究气候变化对世界海洋的影响，并收集了35000份含有丰富微生物的水样。他的实验室主要研究噬菌体（感染细菌的病毒）及其在工程框架中的放大潜力，以操纵海洋微生物将碳转化为最重的有机物，沉入海底。"海洋会吸收碳，这可以缓冲气候变化。二氧化碳作为气体被吸收，并由微生物将其转化为有机碳，"沙利文说。"我们现在看到的是，病毒以这些微生物群落代谢中最重要的反应为目标。这意味着我们可以开始研究哪些病毒可以用来将碳转化为我们想要的那种碳。换句话说，我们能否加强这个巨大的海洋缓冲区，使其成为碳汇，为应对气候变化争取时间，而不是将碳释放回大气层，加速气候变化？"2016年，塔拉团队确定海洋中的碳下沉与病毒的存在有关。人们认为，当受病毒感染的碳处理细胞聚集成较大的粘性聚合体并掉落到海底时，病毒有助于碳的下沉。研究人员开发了基于人工智能的分析方法，从数以千计的病毒中找出少数"VIP"病毒，在实验室中进行培养，并将其作为海洋地球工程的模型系统。塔拉海洋联合会的达米安-埃维拉德（DamienEveillard）教授开发的这种新的群落代谢模型，有助于他们了解这种方法可能会产生哪些意想不到的后果。沙利文的实验室正在吸取这些海洋方面的经验教训，并将其应用到人类环境中的病毒微生物组工程中，以帮助脊髓损伤后的康复、改善感染艾滋病毒的母亲所生婴儿的预后、对抗烧伤伤口的感染等。海洋以外的应用土木、环境和大地工程学教授沙利文说："我们正在进行的对话是，'这其中有多少是可以转换的？'我们的总体目标是对微生物组进行工程设计，使其朝着我们认为有用的方向发展。"他还报告了在一个完全不同的生态系统中使用噬菌体作为地球工程工具的早期努力：瑞典北部的永久冻土带，那里的微生物既能改变气候，又能在冻土融化时对气候变化做出反应。俄亥俄州立大学微生物学副教授弗吉尼亚-里奇（VirginiaRich）是美国国家科学基金会资助的EMERGE生物集成研究所的联合主任，该研究所设在俄亥俄州立大学，负责组织瑞典野外现场的微生物组科学研究。里奇还共同领导了之前的研究，该研究发现解冻的永久冻土层土壤中的单细胞生物是甲烷（一种强效温室气体）的重要生产者。里奇与新罕布什尔大学的露丝-瓦尔纳（RuthVarner）共同组织了美国科学院会议，后者是EMERGE研究所的共同负责人，该研究所的工作重点是更好地了解微生物群如何应对永久冻土融化以及由此产生的气候相互作用。沙利文的演讲题目是"从生态系统生物学到用病毒管理微生物组"，是在题为"以微生物组为目标的生态系统管理"的会议上发表的：小角色，大作用"的会议上发表的。海洋方面的工作得到了美国国家科学基金会、戈登和贝蒂-摩尔基金会以及塔拉海洋公司的支持，除美国国家科学基金会外，土壤方面的工作也得到了能源部和格兰瑟姆基金会的资助。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418989.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418989.htm

研究人员发现了一条北极碳传送带捕获了数百万吨的二氧化碳

研究人员发现了一条北极碳传送带捕获了数百万吨的二氧化碳根据阿尔弗雷德-魏格纳研究所和其他机构的研究人员，这条以前未知的运输路线利用生物碳泵和洋流来吸收大气中的二氧化碳，其规模相当于冰岛的年度总排放量。他们最近在《自然-地球科学》杂志上发表了他们的发现。与其他大洋相比，北冰洋中部的生物生产力有限。这是由于极夜或海冰覆盖造成的阳光有限，以及可用的营养源稀少。因此，上层水的微藻类或浮游植物比其他水域的同行获得的能量更少。因此，当2018年8月和9月在俄罗斯研究船AkademikTryoshnikov号上进行的ARCTIC2018考察中，在北极中部的南森盆地发现了大量的微粒--即储存在植物遗体中的碳，这让人非常惊讶。随后的分析显示，有一个水体的大量颗粒碳深度达两公里（1.2英里），由巴伦支海的底水组成。后者是在冬季海冰形成时产生的，然后冷而重的水下沉，随后从浅海大陆架流下大陆坡，进入北极盆地深处。"根据我们的测量，通过这种水体运输，每天有超过2000公吨的碳流入北极深海，相当于8500公吨的大气二氧化碳。《自然-地球科学》研究的第一作者、亥姆霍兹极地和海洋研究中心阿尔弗雷德-魏格纳研究所的海洋学家AndreasRogge博士解释说："推算出的年总量甚至达到1360万吨二氧化碳，这与冰岛的年排放总量规模相同。"这股富含碳元素的水从巴伦支海和喀拉海陆架一直延伸到北极盆地的大约1000公里（620英里）。鉴于这个新发现的机制，已经被称为北极地区最富饶的边缘海的巴伦支海似乎可以有效地从大气中清除大约30%的碳。此外，基于模型的模拟确定，外流表现为季节性的脉冲，因为在北极的沿海海域，浮游植物对二氧化碳的吸收只发生在夏季。了解碳循环中的运输和转化过程对于建立全球二氧化碳预算，从而预测全球变暖至关重要。在海洋表面，单细胞藻类从大气中吸收二氧化碳，并在老化后向深海沉降。一旦以这种方式结合的碳到达深海，它就会停留在那里，直到翻转的水流将水带回海洋表面，这在北极地区需要几千年的时间。而如果碳沉积在深海沉积物中，它甚至可以被困在那里数百万年，因为只有火山活动才能释放它。这个过程，也被称为生物碳泵，可以长期从大气中清除碳，是我们星球碳循环中的一个重要的汇。这个过程也代表了当地深海动物如海星、海绵和蠕虫的食物来源。只有进一步的研究才能告诉我们，生态系统实际吸收的碳的百分比是多少。极地大陆架海域还蕴藏着其他基本未开发的区域，在这些区域中，底层水形成并流入深海。因此，可以假设这种机制作为碳汇的全球影响实际上要大得多。"然而，由于持续的全球变暖，更少的冰，因此更少的底水被形成。同时，浮游植物可以获得更多的光照和营养物质，使更多的二氧化碳被束缚。因此，目前不可能预测这种碳汇将如何发展，确定潜在的临界点迫切需要更多的研究，"AndreasRogge说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339277.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339277.htm