研究发现海底热液系统中非生物氮还原

在缺乏阳光的条件下，海洋深处生命形成与维持所必需的“养料”——氨气（NH₃）/氨根（NH₄⁺），主要依赖于海底热液系统中高效的非生物氮还原作用。然而，该过程一直未能在地质记录中直接检测到。海底深部高温热液脉体，是捕捉非生物氮还原信号的理想载体，近日，中国科学院南海海洋研究所联合国内外研究团队，在海底热液系统中非生物氮还原研究方面取得进展。

团队基于国际大洋发现计划在南海钻取的洋壳岩芯，对其中的热液脉体开展了氮含量与同位素组成分析。研究发现，这些来自深部的热液脉体含有丰富的NH₄⁺，其氮同位素组成呈现出极端亏损¹⁵N的特征，与已知的生物或海水来源截然不同。这些数据表明，深部热液流体中存在由非生物氮还原产生的大量¹⁵N亏损的NH₄⁺，并且在热液流体向上运移过程中逐渐被来自表层的¹⁵N富集的NH₄⁺叠加改造。

研究团队进一步利用模拟计算发现，非生物氮还原作用每年可向全球海洋输送高达9.0–10.8×10¹⁰摩尔的NH₄⁺。尽管这一通量对现代海洋巨大的氮库而言贡献有限，但它足以在前生命地球的海洋中快速补充“氮肥”，并向大气供应NH₃。这一过程为最早的生命化学反应和生物生态系统的建立奠定了物质基础。

该研究为海底热液系统中非生物氮还原过程提供了地质记录，深化了学界对地球早期宜居环境形成和氮元素全球循环的理解。

相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会等的支持。

论文链接

洋中脊热液系统中深部流体非生物氮还原、海水与深部流体混合以及洋壳蚀变示意图