新聞動態(tài)海水硫酸鹽含量：改寫甲烷命運(yùn)的"化學(xué)開關(guān)"——科學(xué)家揭示北極海洋如何在5600萬年前加劇全球變暖
概念圖：PETM時(shí)期北極海洋甲烷氧化路徑轉(zhuǎn)變概念圖（研究團(tuán)隊(duì)供圖）
????在5600萬年前的超級變暖事件（古新世-始新世極熱事件，PETM）中，地球經(jīng)歷了極端的全球變暖和海洋酸化。由于該事件與當(dāng)前氣候變化存在諸多相似，一直備受科學(xué)界關(guān)注。然而，其背后的碳循環(huán)機(jī)制始終是未解之謎。9月25日，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所與國際合作團(tuán)隊(duì)在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·地球科學(xué)》（Nature Geoscience）發(fā)表論文指出，海洋硫酸鹽濃度的微妙變化，能夠改變甲烷的消耗方式，就像一個(gè)控制全球氣候的"化學(xué)開關(guān)"
低硫海洋，甲烷命運(yùn)的分水嶺
????甲烷是僅次于二氧化碳的第二大溫室氣體，而大量的甲烷以水合物“可燃冰”的形式儲藏在海底。以往科學(xué)家擔(dān)憂海底甲烷釋放后會大量進(jìn)入大氣，直接加劇全球變暖。但近年研究發(fā)現(xiàn)，絕大部分海底釋放的甲烷都會快速溶解在海水中，然后被各種微生物"消化"掉，很少能直接進(jìn)入大氣。問題是，甲烷被"消化"的方式不同，對海洋和氣候的影響也截然不同。
????現(xiàn)代海洋中，約90%的甲烷會被沉積物中的微生物在無氧條件下利用，這個(gè)過程就像"慢燃發(fā)電廠"——以硫酸鹽作為"燃料"，高效轉(zhuǎn)化甲烷能源，同時(shí)產(chǎn)生堿性物質(zhì)，緩解海洋酸化。但是，PETM時(shí)期北極海水硫酸鹽濃度不到現(xiàn)代的三分之一。
????"因?yàn)榱蛩猁}嚴(yán)重不足，就像燃料短缺一樣，發(fā)電廠無法正常工作，甲烷只能進(jìn)入海水，"項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張一歌研究員解釋，"這時(shí)候，另一類喜歡氧氣的細(xì)菌開始'快速燃燒'甲烷——它們直接消耗氧氣，快速釋放CO?，就像高溫燃燒釋放大量廢氣一樣。"
"分子化石"，揭秘古代甲烷循環(huán)
????研究團(tuán)隊(duì)通過檢測一種特殊的分子痕跡——化合物hop-17(21)-ene及其碳同位素組成，成功"復(fù)原"了5600萬年前的甲烷氧化過程。這些分子痕跡就像古代細(xì)菌留下的"身份證"，顯示在PETM事件后期，進(jìn)行“快速燃燒”的甲烷分解細(xì)菌活動顯著增強(qiáng)并達(dá)到高峰。
????"通過讀取這些'身份證'，我們可以準(zhǔn)確知道當(dāng)時(shí)哪類微生物在工作，是慢燃發(fā)電還是快速燃燒，工作強(qiáng)度有多大，"第一作者Bumsoo Kim (金泛壽) 博士說。
北極海洋：從"吸碳"到"排碳"的逆轉(zhuǎn)
????基于海洋浮游植物分子痕跡重建的CO?濃度顯示，PETM恢復(fù)期北極海洋的CO?濃度水平比全球平均值高200-700ppm，這說明北極海洋從原本吸收二氧化碳的"海綿"變成了排放二氧化碳的"煙囪"。
????"因?yàn)楹Ｋ兊⒘蛩猁}減少，甲烷只能通過'快速燃燒'的方式分解，直接制造了大量CO?，"合作作者沈佳恒研究員表示，"這從根本上改變了北極在全球碳循環(huán)中的角色，變成溫室氣體排放源"。
地質(zhì)活動如何影響氣候？
????研究進(jìn)一步揭示，地質(zhì)活動，如地殼運(yùn)動和巖石形成、大陸風(fēng)化、火山噴發(fā)等，會直接影響海洋硫酸鹽含量，進(jìn)而決定了甲烷分解的方式。在數(shù)億年前的中生代（恐龍時(shí)代）至數(shù)千萬年前的新生代早期的遠(yuǎn)古海洋中，硫酸鹽含量長期較低，這一特征可能對全球碳循環(huán)和氣候產(chǎn)生了重要影響。
????“這就像地球系統(tǒng)過程控制著海洋的'燃料供應(yīng)系統(tǒng)”，進(jìn)而影響甲烷能源的利用方式和整個(gè)氣候系統(tǒng)，"張一歌研究員強(qiáng)調(diào)。
現(xiàn)代啟示：北極甲烷的未來
????隨著現(xiàn)代北極海洋快速變暖和淡化，類似的甲烷氧化機(jī)制可能被再次激活。該研究提醒我們：當(dāng)北極海水變淡、化學(xué)環(huán)境改變時(shí)，可能重演5600萬年前的故事——甲烷從高效利用轉(zhuǎn)向快速燃燒，需要密切關(guān)注這一區(qū)域的變化。
????該研究得到了中國科學(xué)院、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所啟動資金，國家自然科學(xué)基金委 (編號：42220104003、42488201) 等項(xiàng)目資助。國際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃 (IODP) 提供了樣品及相關(guān)的數(shù)據(jù)。研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深入研究地球系統(tǒng)過程對生物地球化學(xué)循環(huán)的控制機(jī)制。
????文章發(fā)表后，獲得包括新華社、人民日報(bào)、China Daily、參考消息、半月談、科技日報(bào)、南方Plus、新快報(bào)、新華網(wǎng)、新浪網(wǎng)、科學(xué)網(wǎng)、中科院之聲等多家媒體的廣泛關(guān)注和報(bào)道。
相關(guān)論文信息：Bumsoo Kim (金泛壽), Yi Ge Zhang (張一歌), Richard Zeebe and Jiaheng Shen (沈佳恒), Arctic CO2?emissions amplified by aerobic methane oxidation during the Palaeocene–Eocene Thermal Maximum, Nature Geoscience, 18, 975-982， https://doi.org/10.1038/s41561-025-01784-3。
