【儀表網 研發快訊】近日，《地球與行星科學通訊》(Earth and Planetary Science Letters)發表了中國科學院海洋研究所研究員張鑫團隊在冷泉生態系統研究領域取得的進展。該團隊利用自主研制的深海原位實驗室，通過長期的深海原位實驗揭示冷泉沉積物中淺表層天然氣水合物(可燃冰)是冷泉化能合成生態系統繁榮穩定的緩沖器(“電容器”)，展示出深海原位實驗室在冷泉化能生態系統研究中的潛力。
原位實驗示意圖
地球上大多數生態系統依賴光合作用，然而深海的黑暗、高壓、低氧環境長期以來被認為不適宜生物生存。近年來，深海探測技術的進步揭示了以化能合成為基礎的深海冷泉生態系統，重新定義了生命的邊界。在冷泉區，甲烷是冷泉生物群落的主要能量來源。研究人員在南海冷泉區進行了多次原位實驗，發現冷泉噴發雖為偶發事件，但冷泉生態系統在較長時間內保持相對穩定，與其他海域的研究結果相符。這引發了冷泉噴發間歇性與冷泉生態系統相對穩定性之間的悖論。
為解釋這一悖論，該團隊采用自主研制的深海原位實驗室平臺，在南海冷泉系統的天然實驗環境中進行原位實驗。原位拉曼光譜數據顯示，在冷泉噴發活動中，大量甲烷水合物迅速形成。噴發活動減弱或停止后，甲烷水合物分解釋放出甲烷。深海高清視頻顯示，盡管冷泉噴發間斷，但冷泉生物群落總體規模未見明顯變化，冷泉底層水體的物理化學參數整體穩定。
海底氣體流動是瞬時事件，氣體在運輸管道或淺層沉積物中形成水合物，甚至可能暴露在海底。研究人員提出了“天然氣水合物電容器”概念，強調其在生物地球化學過程中的主導作用。這一動態“電容器”能夠緩沖海底瞬時涌入的甲烷，并確保其更穩定地向甲烷貧化的底層水體擴散。這有助于維持生物群落接收的甲烷和硫化物通量的穩定性，從而維持繁榮穩定的冷泉生物群落。研究表明，在評估全球冷泉區生物群落與冷泉環境相互作用時，需要考慮“電容器”的關鍵作用。該工作揭示大型動態“電容器”構成了潛在的大規模天然海底碳匯，對全球碳循環和氣候變化具有潛在影響。
相關研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項等的支持。
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