黑碳（BC）为缩合的芳香环大分子结构，是生物质和化石燃料不完全燃烧的产物，其化学性质比较稳定，可以在环境中持续存在数百甚至数千年。BC的分子大小和凝结度受到燃烧温度的影响，通常高温燃烧产生的烟炱BC（SBC）组分相较于低温燃烧产生的焦碳BC（CBC）组分具有更高的凝结度和环境持久性。陆源产生的BC可通过大气和河流传输并沉降进入海洋沉积物，因此海洋沉积物被认为是BC的主要储库。BC在海洋沉积物中的沉积可有效地将碳从短期的生物大气循环转移到长期的地质循环中，其固存是一个经常被忽视的大气CO2汇。最近的研究表明，地球系统模型（ESMs）忽略了BC循环，导致高估了气候变化和野火排放之间的正反馈强度。

由于持久性的差异，以及目前尚不清楚CBC是否能够实现深海长期碳封存，以往对于BC埋藏通量的研究通常仅基于SBC估算得到，往往忽略了CBC的存在。本研究通过南方海洋实验室深海生命与生态过程创新团队TS16中南海山航次“深海勇士”号深潜器采集南海中南海山（山顶水深288米，山底水深4355米）不同高度位置沉积柱，采用化学热氧化（CTO）和苯多羧酸（BPCA）两种方法分别对BC的两种组分进行分析，从分子角度揭示了BC在深海的命运，并对以往仅基于SBC计算得到的BC埋藏通量进行了重新评估。

图1.中南海山采样图

图2. （a）不同深度深海沉积物中SBC和CBC含量的比较。双向虚线箭头的长度表示两者在同一深度的平均含量差距大小。（b）不同深度SBC和CBC对总BC含量的贡献。BC = SBC + CBC。

图3. （a）,（b）,（c）为四根沉积岩心中各数据集之间的相关性与偏向关分析。（d） BC凝结度指标Ave BPCA的变异系数（CV）随深度的变化趋势。

结果显示，CBC含量从海山上部（1432 m）的0.026 ± 0.010%增加到海山近山脚（4278 m）的0.039 ± 0.012%，约为SBC含量的约1/4–2/5。随着深度的增加，CBC和SBC之间的含量差异逐渐减小。在深海沉积物中，生物地球化学因素影响着CBC分子随深度变化的情况。在海山中上部（1432 m和2465 m）沉积柱中，高凝的CBC分子沿沉积柱向下逐渐积累。到达海山中下部（3497 m），苯三羧酸（B3CA）和苯四羧酸（B4CA）含量的降低伴随着CBC凝结度的上升，表明低凝结的CBC被优先消耗。随后，CBC分子在海山山脚达到了相对稳定态。该研究表明，CBC在深海沉积物中具有长期封存碳的能力，以往对海洋沉积物中仅基于SBC计算的埋藏通量与实际值相比被低估了约20 ~ 30%。

研究成果于近日以封面论文发表于环境学领域著名期刊Environmental Science & Technology，标题为“Black Carbon in Deep-Sea Seamount Sediment Cores: Vertical Variation and Non-Negligible Char Black Carbon”。我实验室深海生命与生态过程创新团队首席科学家余克服教授和团队骨干成员张瑞杰副教授为论文通讯作者，合作者包括我实验室创新团队核心成员谢伟教授和王梦媛副教授等。

该研究得到国家自然科学基金项目、南方海洋与工程广东省实验室（珠海）创新团队建设经费的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c04208