引言
1 正文
溶解黑碳在开阔大洋的年龄可达上万年,是海洋中到目前为止已知的年龄最老、最大的惰性溶解有机碳碳库[1-2],其源汇问题是全球碳循环研究的重要部分.通过河流向海洋输送是目前已知的海洋溶解黑碳最主要的来源[3].与河流输送相比,大气输送具有快速和高效的特点.近期研究表明大气沉降是海洋中黑碳的主要来源之一[4],而大气输送过程(例如氧化)可以增加黑碳的水溶性,成为溶解黑碳; 此外,沙尘中也可能含有溶解黑碳.因此考虑到每年生物质和化石燃料燃烧产生的大量黑碳以及沙尘向海洋传输,大气沉降也可能对海洋溶解黑碳碳库有显著贡献,但相关的信息非常有限.
2017年9月11日,《Nature Communications》期刊在线发表了厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室高树基教授课题组与德国奥尔登堡大学Thorsten Dittmar教授课题组合作的研究论文[5],首次定量揭示了大气沉降对海洋溶解黑碳的贡献.
该研究通过分析测定2015年春季东海、黄海以及西北太平洋气溶胶中水溶性有机碳(water soluble organic carbon,WSOC)和水溶性黑碳(water soluble black carbon,WSBC)的浓度,估算出在春季沙尘爆发期间,大气干沉降对东海、黄海溶解黑碳的贡献约是河流输入的40%.在该研究中,采用超高分辨质谱-傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)解析中国近海以及西北太平洋气溶胶中水溶性有机质的分子组成,结果表明海洋气溶胶中有近万种不同的化合物.这些化合物中的多环芳香化合物中包含WSBC,可以表征溶解黑碳的来源.这些多环芳香化合物的组成表明溶解黑碳的来源主要为生物质燃烧的产物,并且不同类型的海洋气溶胶中WSBC的组成无显著差异.通过比对气溶胶与河流中多环芳香化合物的分子组成,发现气溶胶中WSBC的来源与河流相近.
该研究进一步发现海洋气溶胶中WSBC的浓度与WSOC的浓度呈极显著相关,WSBC占WSOC的比例平均为2.8%(图1),并基于该相关关系,首次估算出全球海洋大气沉降的溶解黑碳(干湿沉降总和)约为(1.8±0.83)Tg/a,是海洋溶解黑碳的显著来源之一.其中沙尘对大气沉降溶解黑碳的贡献约为30%.预测未来生物质燃烧以及沙尘输送的变化可能增加大气沉降溶解黑碳的通量,影响区域甚至全球碳库.该研究结果将有助于将溶解黑碳纳入到海洋碳循环研究模型中.
图1 大气气溶胶中WSOC浓度与WSBC浓度的相关关系[5]
- [1] ZIOLKOWSKI L A,DRUFFEL E R M.Aged black carbon identified in marine dissolved organic carbon[J].Geophysical Research Letters,2010,37(16):L16601.doi:10.1029/2010GL043963.
- [2] DITTMAR T,PAENG J.A heat-induced molecular signature in marine dissolved organic matter[J].Nature Geoscience,2009,2(3):175-179.
- [3] JAFFÉ R,DING Y,NIGGEMANN J,et al.Global charcoal mobilization from soils via dissolution and riverine transport to the oceans[J].Science,2013,340:345-347.
- [4] JURADO E,DACHS J,DUARTE C M,et al.Atmospheric deposition of organic and black carbon to the global oceans[J].Atmospheric Environment,2008,42(37):7931-7939.
- [5] BAO H Y,NIGGEMANN J,LUO L,et al.Aerosols as a source of dissolved black carbon to the ocean[J].Nature Communications,2017,8(1):510.doi:10.1038/s41467-017-00437-3.