近日，中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室（深海圈层与地球系统前沿科学中心）在同位素示踪全球近海沉积物扰动层厚度分布及其对有机碳埋藏速率的影响作用这一研究领域取得新进展。相关成果以“A global assessment of the mixed layer in coastal sediments and implications for carbon storage”（全球近海沉积物扰动层及其对碳保存的影响）为题发表在国际顶尖期刊Nature Communications上。
在物理扰动、生物扰灌等多重驱动力的作用下，近海底边界层普遍存在沉积物的“再悬浮-移动-再沉积”等活跃的泥层被扰动和改造的现象。这使得近海沉积物“扰动层”成为了氧化还原环境反复交替的“反应器”，其中新鲜的海洋有机物被反复“焚化”降解，各种元素的存在形态及反应角色不断发生转变，对沉积物-水界面的地球化学循环产生重要影响。然而，已有研究多聚焦于局域尺度的陆架边缘海，关于全球尺度的沉积物扰动层的分布特征及其对海洋沉积有机物质的矿化与保存的影响等方面的认识尚十分欠缺。
研究团队集成了全球近海沉积物的210Pbex剖面数据库，以之为示踪工具刻画了沉积物扰动层（SML）的厚度，继而借助神经网络模型模拟了全球近海（水深200 m以内）的扰动泥层的厚度分布格局。模拟结果表明，大河河口区域的沉积物扰动层厚度要明显大于一般海岸带，如亚马逊河口、长江口、密西西比河口等。这主要是由于这些区域具有丰富的物质来源以及强烈的物理扰动等驱动因素。通过分析碳埋藏数据与扰动泥层厚度的关系，发现在扰动泥层厚度较大的区域，碳埋藏的效率较小，如当扰动泥层厚度大于60cm时，有机碳埋藏速率（OCAR）通常小于 50 gCm-2yr-1，且单位比表面积上的有机碳含量（TOC/SSA）小于 0.4mg m-2；而较高的OCAR（> 400 gCm-2yr-1）与TOC/SSA（> 1 mg m-2）通常分布在扰动层厚度较小（< 10 cm）的区域（如图1）。该研究是在人工智能技术与海洋化学学科同位素示踪技术交叉融合的基础上做出的有益探索，所获取的结果能够为准确认识全球近海的沉积碳汇能力提供科学依据。
该成果由中国海洋大学海化重点实验室于志刚教授课题组牵头完成，2020级海洋化学专业博士研究生宋莎莎为第一作者，许博超教授为通讯作者，中国海洋大学化学化工学院、海洋与大气学院、信息科学与工程学部以及中国科学院华南植物园、同济大学、瑞典哥德堡大学、美国佛罗里达州立大学、佛罗里达大学、缅因大学等单位的相关学者合作完成了相关研究。研究工作得到国家自然科学基金委重点项目、面上项目、联合基金等项目的资助。
图1 全球近海沉积物扰动层厚度（SML）与有机碳埋藏的相关性分析。(a) 全球近海OCAR分布；(b) 全球近海TOC/SSA分布；(c) 不同海岸带类型的SML厚度分布；(d) SML厚度与OCAR及TOC/SSA的相关关系。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32650-0
