中国海洋大学在海洋甲烷生物地球化学循环研究领域取得新进展

作者:毛士海来源:深海圈层与地球系统前沿科学中心观海听涛发布时间:2022-11-28点击数:12

本站讯 近日,中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心、海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室庄光超教授团队和杨桂朋教授团队合作在海洋甲烷生物地球化学循环研究领域取得新进展。相关成果以“Aerobic oxidation of methane significantly reduces global diffusive methane emissions from shallow marine waters”(甲烷有氧氧化作用显著减少全球浅海水域甲烷释放)为题发表在国际权威学术期刊Nature Communications(《自然·通讯》)上。

甲烷是重要的温室气体,其温室效应是二氧化碳的20多倍,减少全球甲烷排放是实现碳中和的重要路径之一。甲烷也是天然气水合物(可燃冰)的主要组成成分,其生成和代谢过程在全球碳循环中起着重要作用。每年从海洋排放到大气中的甲烷为6-12百万吨,约占全球自然排放量的1-10%。近岸浅水区域(0-50米)虽然只占全球海洋面积的一小部分(~3%),却是海洋甲烷向大气释放的主要场所。甲烷有氧氧化过程作为海洋水体中甲烷的生物汇,是海洋甲烷向大气释放前的最后一道屏障。然而目前,缺乏在全球尺度下对甲烷氧化作用控制海洋甲烷释放作用的定量评估,限制了我们对海洋温室气体排放机制的进一步认识。

庄光超教授和杨桂朋教授研究团队依托海化重点实验室的放射性同位素示踪实验室,在国内首次建立了利用放射性氢同位素(3H)测定甲烷氧化速率的方法,掌握了对甲烷氧化过程实现定量分析的关键技术。通过结合地球化学分析、培养实验、同位素示踪、分子生物学、机器学习等一系列跨学科交叉技术手段,系统研究了中国东部陆架海浅海水域甲烷的来源和去除途径,定量分析了不同生成和消耗过程的相对重要性。在此基础上,集成了全球浅水区甲烷氧化速率数据库,利用随机回归森林机器学习方法,模拟了全球近海甲烷氧化速率的分布格局,估算了浅水区的甲烷总消耗量(图1)。研究结果表明,在全球范围内,小于50米的近岸水域每年可以通过氧化作用消耗1.8±2.7百万吨的甲烷,大约有一半的甲烷在释放到大气之前通过生物作用过滤掉。这些结果进一步阐明了近海海洋甲烷的生成和排放机制,首次定量揭示了甲烷的有氧氧化过程在控制海洋甲烷释放的重要作用,对于加深目前对海洋甲烷生物地球化学循环以及减少海洋甲烷排放、助力实现碳中和目标的认识具有重要意义。

图1 全球浅水区甲烷氧化速率的分布及预测

该项工作由中国海洋大学、厦门大学、蒙大拿大学、佐治亚大学、伦敦大学学院等多个单位的相关学者合作完成。中国海洋大学庄光超教授和杨桂朋教授为共同通讯作者,庄光超教授指导的2021级海洋化学专业博士研究生毛士海为第一作者,研究工作得到了海外青年人才项目、国家自然科学基金面上项目、山东省泰山学者青年项目、中央高校基本科研业务费专项等项目的资助。

通讯员:毛士海

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-35082-y

编辑:赵奚赟

责任编辑:李华昌

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