伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)和哈佛大学研究人员的一项新研究可能有助于解决一个长期存在的问题 - 少量有机碳被锁定在岩石和沉积物中，防止其分解。主要作者，哈佛大学博士后研究员，WHOI前学生Jordon Hemingway说，确切了解这一过程是如何发生的，可以帮助解释为什么大气中的气体混合物长期保持稳定。该论文发表在6月14日的“ 自然 ”杂志上。
海明威指出，大气中的二氧化碳(CO 2)是一种无机形式的碳。植物，藻类，和某些类型的细菌可拉的CO 2从空气中，并用它作为一个积木为糖，蛋白质，并在自己的身体的其他分子。在光合作用过程中发生的过程将无机碳转化为“有机”形式，同时将氧气释放到大气中。微生物开始分解他们的身体，消耗氧并释放CO：当这些生物体死亡发生反向2回到空气中。
海明威说，地球保持适宜居住的关键原因之一是这种化学循环略有不平衡。由于某种原因，一小部分有机碳不会被微生物分解，而是在地下保存数百万年。
“如果它完全平衡，那么大气中的所有游离氧气都会在产生时迅速消耗，”海明威说。“为了让氧气留给我们呼吸，一些有机碳必须隐藏在无法分解的地方。”
根据现有证据，研究人员已经提出了两个可能的原因，即碳被遗忘。第一种称为“选择性保存”，表明一些有机碳分子可能很难被微生物分解，因此一旦所有其他分子分解，它们在沉积物中保持不变。第二种称为“矿物保护”假说，指出有机碳分子可能会与周围的矿物质形成强烈的化学键 - 如此强大，细菌无法将它们吸走并“吃掉”它们。
“从历史上看，很难弄清楚哪个过程占主导地位。我们对有机地球化学的工具还不够灵敏，”海明威说。在这项研究中，他转向了一种称为“斜坡热解氧化”或RPO的方法，以测试来自全球各地沉积物样品的假设。使用专门的烤箱，他将每个样品的温度稳定地升高到接近1000摄氏度，并测量它在加热时释放的二氧化碳量。在较低温度下释放的CO 2代表具有相对弱的化学键的碳，而在高温下释放的碳表示需要更多能量破坏的强键。他还测得的CO年龄2采用碳测年方法。
“如果因为选择性而保留有机分子 - 因为微生物无法将其分解 - 我们预计样品中的粘合强度范围会非常窄。微生物会分解其余部分，只留下一个很少有顽固的有机碳背后，“他说。“但实际上，我们发现粘合强度的多样性随着时间的推移而增长而不是缩小，这表明各种有机碳类型都得到了保护。我们认为这意味着它们可以保护周围的矿物质。”
海明威也在样本中看到了一种支持他的发现的模式。像在河流出口处发现的那些细粘土具有比粗糙或沙质沉积物更高的碳键多样性，这表明细小的沉积物提供了更多的表面积，有机碳可以附着在其上。
“如果从新罕布什尔州采取花岗岩并将其分解，你会得到一种沙子。那些颗粒相对较大，所以没有那么多的表面可以与有机物相互作用。你真的需要产生细小的沉积物通过表面的化学风化 - 诸如页硅酸盐粘土之类的东西，“WHOI的生物地球化学家，该论文的共同作者Valier Galy说。
虽然这项工作为一个假设提供了强有力的证据，但海明威和他的同事们很快就注意到它没有为有机碳拼图提供明确的答案。“我们能够指出保存碳的机制，但我们不提供其他因素的信息，例如对环境温度的敏感性。还有很多其他因素需要考虑。本文旨在作为一种指导生物地球化学家进行研究的途径，“加利说。