Глубоко под поверхностью океана находится крупнейший на Земле резервуар углерода: морские осадки, которые накапливали органические вещества в течение миллионов лет. Долгое время считалось, что этот обширный запас углерода навсегда «заперт». Однако новое международное исследование доказало, что он гораздо динамичнее, чем полагали учёные.
Группа исследователей под руководством профессора Ван Фаминга из Южно-Китайского ботанического сада Китайской академии наук вместе с коллегами из Бременского университета и Гарвардского университета обнаружила, что тепло может «пробуждать» древний углерод, превращая его в источник пищи для микробов, живущих глубоко под морским дном.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances. Они меняют представление учёных о жизни в экстремальных условиях и о цикле углерода в глубинах Земли.
Морские осадки, нагретые до более 40 °C, составляют почти половину объёма морских осадков на планете. Однако до сих пор процессы, поддерживающие жизнь микробов в таких условиях, оставались неясными.
Предыдущие исследования зафиксировали популяции микробов, выживающих в геотермально нагретых осадочных породах на глубине примерно 1,2 километра. Однако источник богатых энергией субстратов, на которых полагаются эти микробы, до сих пор не был идентифицирован. Новое исследование восполняет этот пробел, подробно описывая механизмы, которые поставляют органическое вещество в эти скрытые экосистемы в недрах.
Для проведения исследования команда проанализировала образцы осадков возрастом 7,8 миллиона лет, собранные из бассейна Шикоку в Тихом океане. Используя передовые аналитические методы, исследователи разработали модель, иллюстрирующую, как взаимодействие биологических и абиотических (неживых) процессов превращает трудноразлагаемое органическое вещество — материал, устойчивый к разложению, — в формы, которые могут использовать микробы.
Примечательно, что эта модель работает в противоположность механизмам секвестрации углерода, наблюдаемым на поверхности Земли: «обратный» минеральный углеродный насос происходит при температурах выше 35 °C, а инверсия микробного углеродного насоса возникает при температурах выше 55 °C.
«Эти медленные процессы действуют как обратный микробный углеродный насос — обычно механизм, стабилизирующий углерод на поверхности Земли, — но здесь тепло реактивирует углерод, которому миллионы лет», — пояснил профессор Гань Шучай, первый автор исследования.
При температуре 85 °C команда обнаружила, что процессы реактивации углерода ускоряются, производя простые соединения, которые питают микробную жизнь. В то же время биологические цепи деградации имеют тенденцию разрушаться, и абиотические процессы берут верх. Они перестраивают обычные микробные сообщества, основанные на органическом веществе, обнаруженные в анаэробных (бескислородных) средах, и облегчают заключительные этапы минерализации — процесса, в ходе которого органические вещества расщепляются до неорганических форм.
Хотя только около 0,25% органического углерода в этих осадках становится биодоступным, сам размер резервуара делает его значительным источником энергии. По оценкам, запас углерода в морских осадках составляет 15 миллионов гигатонн (Гт) углерода — по сравнению с 39 000 Гт во всём водном столбе океана, — обеспечивая достаточно энергии для поддержания обширных подземных экосистем, известных как «глубокая биосфера».
Это исследование раскрывает ключевой механизм круговорота углерода в глубинах Земли и меняет наше понимание планетарных процессов. Полученные данные не только устраняют давнюю неопределённость относительно источников энергии, поддерживающих глубокую биосферу в высокотемпературных морских осадках, но и добавляют критическое новое измерение в модели углеродного цикла Земли.
Предоставлено Китайской академией наук.