黑海是一个不寻常的水体：在 150 米以下的深度，溶解氧浓度下降到零左右，这意味着植物和动物等高等生命形式不能存在于这些地区。同时，这个半封闭的海洋储存了大量的有机碳。由奥尔登堡大学海洋环境化学与生物学研究所 (ICBM) 的 Gonzalo V. Gomez-Saez 博士和 Jutta Niggemann 博士领导的一组研究人员现在提出了一个新的假设，即为什么有机化合物会积聚在海洋深处。科学杂志《科学进展》中的黑海和其他缺氧水域。
研究人员认为，与硫化氢的反应在稳定碳化合物方面起着重要作用。“这种机制显然有助于这样一个事实，即黑海水域中的有机碳是富氧海洋区域的两倍多，”尼格曼说。“这在气候系统中提供了负面反馈，可以抵消地质时期的全球变暖。”
在黑海，其面积几乎是法国的两倍，在其他海洋地区罕见的条件已经盛行了大约 7,000 年：稳定的分层在很大程度上防止了表层和深水的混合。上部150米的水含盐量低，富含氧，主要来自多瑙河等河流。在其下方，有一层更高密度的咸水从地中海经博斯普鲁斯海峡流入黑海。
“当你打开黑海更深处的水样时，臭鸡蛋的气味几乎让你昏昏欲睡，”尼格曼说。然而，从表面上看，没有迹象表明黑海是一个停滞的水体，由于缺氧，细菌会在其中产生恶臭的硫化氢。
硫化氢与溶解的有机物反应
正如新研究表明的那样，这种高反应性分子与来自每升海水中存在的各种含碳材料的物质结合。这些物质被称为溶解有机物 (DOM)——无数不同分子的复杂混合物，是分解有机物或细菌代谢过程的产物。
“我们能够非常清楚地表明，硫化氢会直接与水中极度稀释的有机物发生反应，”Niggemann 解释说。反应产物可能比起始材料更耐用，因此会积聚在水中。
该团队比较了黑海和其他海洋和河流不同地点的水样。研究人员使用各种分析方法，包括奥尔登堡大学海洋地球化学研究小组的超高分辨率质谱仪，能够详细表征溶解的有机物质。
他们发现黑海缺氧区域中近五分之一的有机分子含有硫——明显高于其他海域。此外，该团队能够确定这些化合物中有很大一部分仅在这些区域中发现，从而使研究人员得出结论，硫化合物是通过硫化水中的化学反应在那里形成的。
与地质时间尺度相关的负反馈
鉴于大量的碳储存在溶解的有机物质中——世界海洋中溶解的有机碳的含量大致与地球大气中的二氧化碳一样多——这项新研究的结果也与气候有关。“从 1960 年到 2010 年，完全耗尽氧气的海水体积翻了两番。
因此，这种基于硫的碳储存机制可能会影响未来海洋的化学成分，”该研究的主要作者 Gomez-Saez 说。但他补充说，在当前条件下，这种负面反馈太弱，无法对气候变化产生明显影响。然而，在地质历史上，有几个时期大面积的海洋缺氧。在这些时期，这种影响可能有助于从大气中长期去除二氧化碳。
来自黑海的水样是在与研究船 Maria S. Merian 一起探险期间采集的。除了洲际弹道导弹的团队外，来自阿尔弗雷德韦格纳研究所、不来梅哈芬亥姆霍兹极地和海洋研究中心 (AWI)、不来梅大学海洋环境科学中心和马克斯普朗克海洋研究所的研究人员不来梅的微生物学参与了这项研究。
