海洋生物碳泵的地质演化:微生物的碳汇作用

作     者：谢树成 焦念志 罗根明 李东东 汪品先 Shucheng Xie;Nianzhi Jiao;Genming Luo;Dongdong Li;Pinxian Wang

作者机构：中国地质大学(武汉)地球科学学院生物地质与环境地质国家重点实验室武汉430074 厦门大学海洋与地球学院近海海洋环境科学国家重点实验室厦门361102 同济大学海洋地质国家重点实验室上海200092 

出 版 物：《科学通报》 (Chinese Science Bulletin)

年 卷 期：2022年第67卷第15期

页      面：1715-1726页

核心收录：

学科分类：070903[理学-古生物学与地层学(含：古人类学)] 0709[理学-地质学] 0907[农学-林学] 07[理学] 0707[理学-海洋科学] 0703[理学-化学] 0713[理学-生态学] 

基　　金：国家自然科学基金(41821001,41830319) 高等学校学科创新引智计划(BP20004) 国家重点研发计划(2016YFA0601100)资助。 

主　　题：地质微生物 细菌 藻类 初级生产力 宜居地球 地球生物学 

摘      要：包括生物泵(biological pump,BP)和微型生物碳泵(microbial carbon pump,MCP)在内的海洋生物碳泵,是海洋生态系统通过碳循环调节地球环境变化的关键途径之一,对宜居地球起到增氧、减碳和降温等方面的作用.总体上,人们对地质时期海洋生物碳泵了解得很少,基本是粗线条的框架性认识.生物经历了从原核生物到藻类再到多细胞动物的演化,生态系统也经历了从扁平到立体的大革新.生物圈的这些变化导致海洋生物碳泵出现阶段性的演化.总体缺氧的太古宙海洋主要以单细胞微生物为主,合成有机质的微生物个体很难沉降,但能够在海洋里形成大量的惰性溶解有机碳(recalcitrant dissolved organic carbon,RDOC),MCP的贡献比较大,而BP相对较弱.藻类在元古宙起源而加入了生物碳泵,因细胞变大而增强了BP的作用,但MCP的作用也大,在晚新元古代形成大型溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)库.在整体氧化的显生宙海洋,多细胞动物虽不能固碳但却加强了BP作用.生物的这些演化导致BP的效率不断提高,使得海洋对碳循环的缓冲作用逐渐加强.然而,最近的数值模型模拟结果却指出,地质历史时期海洋DOC库的大小总体比较稳定,受地质事件的影响比较有限.这些矛盾的认识正说明了人们对海洋生物碳泵地质演化的认识还有待于深入.特别是,古代海洋大型DOC库的形成机制及其与气候环境的关系、大冰期和极端温暖期海洋生物碳泵的特点及其对古气候的贡献、地质时期海洋DOC与颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)的相对比例变化规律及其受控因素、微生物通过沉淀碳酸盐对碳汇的长期影响等难题都有待深入阐述.