马里亚纳海沟沉积有机质的来源、分布及降解——基于生物标志物的研究

Exploration of the hadal oceans (water depth > 6000 m) is technologically demanding. As such they are almost the least-explored ecosystems on earth. Due to recent advances in deep marine technology we can now explore these environments, and halal research has become one of the frontiers of marine science. Hadal biogeochemical cycles are particularly enigmatic - notably the carbon cycle: organic matter transport, degradation, diagenesis and possibly, carbon-fixation by hadal archaea. This project aims to evaluate the distribution and stable isotopic compositions of lignin and lipid biomarkers (e.g. n-alkanes, fatty acids, fatty alcohols and GDGTs) in surface sediments and sediment cores from the Mariana Trench and its surroundings. This will (1) provide better insight in the sources and degradation of the organic matter in the Mariana Trench; (2) verify the concept of TRAD (Trench Resource Accumulation Depth) using biomarkers.

深渊（水深>6000米）是地球上人类了解最少的区域。近年来少量的研究显示，深渊不仅具有显著的生物活动，还有明显高出深海平原的有机质埋藏通量。然而目前对深渊沉积有机质的来源、输送和埋藏过程都很不清楚，对其在海洋尤其深海碳循环中扮演的角色也有待研究。本项目将通过有机生物标志物和单体稳定同位素手段，利用液相色谱质谱仪、气相色谱质谱仪和气相色谱同位素比值质谱仪，分析马里亚纳海沟沉积物中不同来源的生物标志物（木质素、正构烷烃、脂肪酸和脂肪醇、古菌及细菌细胞膜脂化合物）的丰度及同位素特征，以期识别马里亚纳海沟沉积物中有机质的分布、来源和降解情况，在此基础上验证深渊有机质堆积深度（TRAD）的概念在马里亚纳海沟是否适用。

深渊（水深>6000米）是海洋最深、研究最少、目前最热的一个区域。过去很多年，因不具备研究条件，对深渊是实况看不到、动态摸不着、样本拿不到，人们一直认为深渊高压低温的环境是生命荒漠，但这种猜测被近年来随着深海探测技术的飞速发展而打破，不管是载人下潜还是无人潜水器和着陆器带来的影像和生物、沉积物标本，都表明：深渊不仅具有显著的生物活动，还有明显高出深海平原的有机质埋藏通量。对深渊沉积有机质的来源、输送和埋藏过程尚没有很明确的研究成果，对其在海洋尤其深海碳循环中扮演的角色也无从得知，这是该项目当初设定的主要研究目标。本项目依托上海海洋大学深渊中心两次深渊科考航次，获得马里亚纳海沟和新不列颠海沟的宝贵样本，通过分析这些沉积物携带的粒度、有机碳、稳定同位素和单体同位素等，来研究深渊海沟沉积物有机碳的来源、传输、降解和埋藏。重要的研究结果发生在新不列颠海沟，结果表明新不列颠海沟具有相对年轻的14C年龄，其中海沟轴部陆源有机碳的比例显著高于陆侧斜坡和海测斜坡。这从侧面应证了项目申请时提到的深渊V型TRAD沉积物分布模式。本工作在新不列颠海沟的研究是首次定量评估来新不列颠海沟陆源有机碳的埋藏通量，我们认为深渊可能是个被忽视很久的陆源有机碳埋藏区，这个发现也为解决海洋学界一直热议的科学话题“陆源有机碳在海洋中的碳失汇”提供了新思路。