在海洋甲水合物系统中对有机碳降解的反应运输建模
Li Wei1, Alberto Malinverno2, Frederick Colwell3
1Lamont-Doherty Earth Observatory, Columbia University, Palisades, NY, 10964, USA. lwei@ldeo.columbia.edu.
Scientific reports
|February 3, 2024
概括
微生物在海洋沉积物中降解有机颗粒碳 (POC),即使与碳源分离,也会产生甲水合物. 这种反应式运输模型解释了在有机丰富的泥附近的沙层中的水合物形成.
科学领域:
- 地质化学 地质化学
- 微生物学 微生物学
- 海洋地质 海洋地质学
背景情况:
- 甲水合物通常在没有微粒有机碳 (POC) 的沙层中发现,但与有机丰富的海洋泥相邻.
- 了解驱动这些环境中甲形成的微生物过程对于解释水合物发生至关重要.
研究的目的:
- 开发一种反应式运输模型 (RTM),模拟POC的微生物媒介降解.
- 研究水解,发酵和甲生成在甲酸盐形成中的作用.
- 在不同的地质环境中复制观察到的甲水合物发生情况.
主要方法:
- 开发了一个反应式运输模型 (RTM) 来模拟POC降解.
- 该模型结合了微生物过程:水解,高分子量溶解有机碳 (HMW-DOC) 的发酵和低分子量溶解有机碳 (LMW-DOC) 的甲基生成.
- 微生物分布在不同的石质结构中模拟异质,在粗粒度层中度更高.
主要成果:
- 该RTM成功地在沃克里奇313-H地点 (墨西哥湾) 和IODPU1325地点 (卡斯卡迪亚边缘) 复制了甲酸盐的发生.
- 该模型表明,即使在物理上分离,微生物也可以降解POC,这在细胞外酶和溶解有机碳 (DOC) 扩散的帮助下得到了促进.
- 微生物活动的峰值在早期埋葬时间,浅水深度和临床边界附近被观察到,这是由于通过度梯度的溶解物质运输.
结论:
- 微生物降解POC,即使跨越物理分离,也是海洋沉积物中甲水合物形成的可行机制.
- 该RTM为了解与地下微生物活动相关的甲水合物起源提供了一个强大的框架.
- 地质和微生物的异质性显著影响POC降解和随后的甲水合物形成的效率.
