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杨欣,Aug. 21, 2026
本次组会报告围绕海洋溶解有机碳（DOC）展开，从现代海洋DOC循环规律出发，探讨前寒武纪巨型DOC储库的形成与氧化问题，介绍重建古海洋DOC的两类手段，最后梳理结论与未来研究方向，用于理解地质历史碳循环、海洋氧化和早期生命演化之间的联系。
1. 海洋碳循环与DOC库的累积
海洋有机碳存在两套循环路径：一是表层快速循环，浮游植物产出的活性DOC几天内就被微生物分解变回二氧化碳；二是慢速千年循环，依靠微生物碳泵生成难降解RDOC，这类物质抗微生物分解，占全球海洋DOC总量95%，能长期存留在深海。只有少量有机碳沉降埋藏，才能实现大气氧气持续积累。
根据周转时长，DOC分为活性、半活性、难降解三类，大西洋、太平洋深水环流控制全球DOC垂向与平面分布。提高海水DOC留存时间，可实现大气CO2海洋封存，现代海洋DOC碳储量达660×1015 g。前寒武纪海洋整体缺氧、生态以原核生物为主，有机质再矿化、颗粒沉降速度均变慢，更易形成远超现代规模的巨型DOC库。
图1 海洋微生物碳泵循环示意图
2. 深时的海洋DOC库模型
报告对比了对比现代、前寒武纪海洋各碳库储量，前寒武纪海水DOM储量可达现代千倍。570~560 Ma的Shuram漂移是支撑巨型DOC假说的核心证据，这次全球碳同位素大幅负偏持续约10 Myr，有机碳同位素却无明显变化，学界认为是深海富轻碳巨型DOC库大规模氧化，轻碳涌入无机碳库造成。但早期模型发现，仅靠大气O2、海水硫酸盐，氧化剂只够维持0.5 Myr同位素负偏移，无法匹配千万年事件时长。
图2 现代与前寒武纪海洋碳储库对比图
3. 如何研究深时的DOC库？
报告提出四类氧化DOC的物质：大气氧气、海水硫酸盐、蒸发盐风化硫、黄铁矿埋藏硫循环。早期认为蒸发岩硫仅能支撑0.6 Myr氧化，2026年最新模拟修正了该结论，前寒武纪蒸发岩总储量可满足Shuram事件的氧化剂需求，多机制协同支撑着千万年的DOC消耗。大气Δ17O同位素可示踪海洋通风，通风输入氧气氧化硫化氢、提升硫酸盐供给，持续消耗DOC。依靠SCION-DOCox地球循环模型，结合地层碳同位素反向拟合古DOC氧化速率，定量得出事件氧化DOC总量约9.3±0.3×1019 mol。
图3 不同地质时期氧化剂、可氧化DOC总量对比柱状图
4. 如何观测深时的DOC库？
报告介绍了两种直接重建古海水DOC的地质载体。第一种为铁鲕、针铁矿等铁氧化物，矿物沉淀时会共捕获同期海水DOC。地层记录显示元古浅海DOC与现代持平，新元古代晚期骤降90%，寒武纪深海氧化后，POC向DOC转化效率提升，浅海DOC浓度再次回升。
图4 铁鲕显微照片及有机质拉曼光谱图
第二种是CAFDOM碳酸盐荧光有机质，拥有标准化灰化-酸碱淋洗前处理流程，通过三维荧光光谱定量古DOC。陡山沱组碳酸盐岩中，碳同位素负偏CAFDOM信号低。碳酸盐岩在地质记录中分布更加广泛，而且通常具有更加连续的地层序列。因此，未来有可能利用这一指标获得时间分辨率更高、空间覆盖更广的深时DOC记录。
图5 CAFDOM实验室前处理完整流程图
5. 总结
现代海洋DOC是全球碳循环的重要活性储库。早期研究主要依赖碳同位素异常和模型来推测古海洋DOC库的存在及其规模，当前领域已实现突破，研究正在逐渐从模型假说走向直接地质记录和代理指标的重建。
DOC储库的储存、释放过程，调控百万年尺度古气候、全球海洋氧化格局，完整记录海洋生态从原核微生物向复杂浮游系统的演化。未来需搭建全球古DOC数据库，利用多同位素区分各类氧化剂贡献，分深浅海构建演化模型，结合前寒武纪冰期、生命辐射等重大地质事件开展深入研究。
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