蒙脱石—硅藻界面作用及其对海洋生物泵增效研究

【作者】 沈宇果； 刘冬； 余荣达； 王旭； 刘浩； 李梦圆； 袁鹏； 焦念志；

【机构】 中国科学院矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室中国科学院广州地球化学研究所/深地科学卓越创新中心； 中国科学院大学； 广东工业大学； 厦门大学碳中和创新研究中心厦门大学；

【摘要】 硅藻是海洋生物泵的主要组成生物,在全球碳循环中起到至关重要的作用。然而,由于硅藻壳体——硅藻蛋白石在海洋水体中稳定性不高,其"压舱"作用效果较差,有机碳的封存受限。在前期的研究中我们发现通过施加蒙脱石等黏土矿物可调控硅藻的光合能力,并提升生物泵效率,但硅藻和蒙脱石的界面作用机制尚不清楚,相关研究亟待开展。本研究借助厦门大学陆基中尺度海洋环境气候模拟系统,开展了人工模拟海洋环境实验。将不同浓度内蒙钙基蒙脱石施加于富硅藻大型水柱中,开展原位探索,结果表明:(1)黏土矿物与硅藻两者间发生了团聚作用,黏土矿物黏附于硅藻壳体表面,形成协同沉降的效果,提升了硅藻基颗粒有机碳封存效率。(2)黏土矿物部分发生溶解,残余颗粒表面及层间吸附了大量有机碳。这是由于硅藻的生物破坏作用以及黏土矿物对有机碳有较好的吸附能力。这表明黏土矿物可以提升颗粒有机碳的沉降速度,提高生物泵效率,上述结果初步探明了蒙脱石对硅藻驱动的生物泵过程中颗粒有机碳的封存增效机制,为借助矿物增效海洋生物泵理论为基础的海洋碳负排放生态工程开展提供了数据支持。更多还原