未来全球变暖问题或将全靠它？ 神秘海洋碳分子首次露面

从起伏的海面到漆黑的深海，地球海洋充满了被称为浮游植物的微小生物的尸体，它们在生命中构成了海洋食物链的基础。

这些微小的幽灵所含的碳储量估计达到了惊人的662亿吨，是所有现存植物和动物的200倍，可是如果把它们以温室气体二氧化碳的形式从水中释放出来的话，它们可能会回来找我们麻烦。

在这些浮游生物残骸中，一些含碳分子会被封存在海底数百万年，但有些会分解，以二氧化碳的形式进入大气。很大一部分将继续在海洋中自由循环几代。但是，究竟哪种结局会发生在哪些分子身上?以及这个巨大的碳池究竟与多少二氧化碳是通过海洋变暖、酸化、阳光蒸发或微生物消化而进入大气的呢?这是一个悬而未决的问题。要回答这个问题，就需要更清楚地了解包含这种碳的分子的结构。一个国际科学家小组已经拍摄了这些分子的第一张“照片”，试图开始分析这些分子。初步研究表明，虽然灾难性的分子分解和碳释放似乎不太可能发生，但对于海洋中碳的行为我们还有很多需要了解的地方。

尽管存在如此大量的浮游碳分子，但估计在5000个浮游碳分子中目前只有大约10%能被发现;大多数结构只是假设的。要真正地观察浮游碳分子是很有挑战性的，因为要收集一毫升进行研究的水需要过滤3600公升的海水。而先前用来解译原子种类的技术需要将分子分开，但是这一技术并不能让我们深入了解最初将它们连在一起的化学键。

海洋中含碳分子的分子骨架动画与实际的化学结构重，发现这种结构似乎更不易分解。

在本月发表在《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)的一项新研究中，研究小组使用了一种被称为原子力显微镜(atomic force microscopy)的技术，创建了含碳分子的可视化图像。首先，研究人员将这些分子隔离，放在在一个极其平坦的表面上，放于深度真空中，冷却至华氏-450.7度，使其静止不动。然后用一个顶端有单个一氧化碳分子的极小扫描臂，移动到被试分子的表面，测量分子的峰、谷和整体形状。(一氧化碳已被证明是测量这些原子尺寸最灵敏的分子。)研究小组成员、IBM苏黎世研究中心的原子显微镜专家Leo Gross说，研究人员发现来自海洋表面附近的分子很难成像，因为它们是“三维的和庞大的”。“较深层的分子更容易，因为它们的表面是平的。”

研究发现，深层分子更小，并且有一个环状结构，这有助于它们抵抗可能导致降解的力量;

这使得它们可以在海洋中聚集。放射性碳年代测定法表明，其中一些已经在深海中循环了4500多年，而表面分子可能只有几个月的历史，因为它们中的大多数很快被微生物吞噬，或者被阳光或其他生物过程分解。研究小组成员、苏黎世大学海洋学家阿丽莎科波拉(Alysha Coppola)认为，深层分子可能过于分散，多以微生物无法找到它们，或者这些异常坚韧的分子本身可能就是微生物消化的副产品。她说:“它们就像海洋里的橡胶轮胎一样”，很可能对微生物没有吸引力。

迈阿密大学海洋学教授丹尼斯·汉塞尔(Dennis Hansell)对溶解的海洋碳进行了广泛研究，但并未参与这项新研究，他认为能对分子实际形态进行描绘是一个很重要的进步。“我们海洋科学家不知道有什么保护措施可以防止这些物质被微生物吞噬，”他说。“因此，这些视觉上令人信服的结果让我们距离知道应该怎么做更近了一步。”

了解表面分子和海洋深处分子之间结构和稳定性的差异只是起点，接下来是探索大部分的碳是否会在可预见的未来保持稳定，还是可能会因为气候变暖、酸度或降低溶解氧等原因引发更快速的崩溃。科波拉说:“它已经循环了几千年，而且鉴于它的结构，我认为它不会改变。但气候的微小变化可能会带来很大的不同，因为碳实在是太多了并且无处不在。”