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近日，中國海洋大學(xué)深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心、海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室莊光超教授團(tuán)隊(duì)和楊桂朋教授團(tuán)隊(duì)合作在海洋甲烷生物地球化學(xué)循環(huán)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。相關(guān)成果以“Aerobic oxidation of methane significantly reduces global diffusive methane emissions from shallow marine waters”（甲烷有氧氧化作用顯著減少全球淺海水域甲烷釋放）為題發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊NatureCommunications（《自然·通訊》）上。

甲烷是重要的溫室氣體，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的20多倍，減少全球甲烷排放是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要路徑之一。甲烷也是天然氣水合物（可燃冰）的主要組成成分，其生成和代謝過程在全球碳循環(huán)中起著重要作用。每年從海洋排放到大氣中的甲烷為6-12百萬噸，約占全球自然排放量的1-10%。近岸淺水區(qū)域（0-50米）雖然只占全球海洋面積的一小部分（~3%），卻是海洋甲烷向大氣釋放的主要場(chǎng)所。甲烷有氧氧化過程作為海洋水體中甲烷的生物匯，是海洋甲烷向大氣釋放前的最后一道屏障。然而目前，缺乏在全球尺度下對(duì)甲烷氧化作用控制海洋甲烷釋放作用的定量評(píng)估，限制了我們對(duì)海洋溫室氣體排放機(jī)制的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

莊光超教授和楊桂朋教授研究團(tuán)隊(duì)依托?；攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的放射性同位素示蹤實(shí)驗(yàn)室，在國內(nèi)首次建立了利用放射性氫同位素（3H）測(cè)定甲烷氧化速率的方法，掌握了對(duì)甲烷氧化過程實(shí)現(xiàn)定量分析的關(guān)鍵技術(shù)。通過結(jié)合地球化學(xué)分析、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)、同位素示蹤、分子生物學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)等一系列跨學(xué)科交叉技術(shù)手段，系統(tǒng)研究了中國東部陸架海淺海水域甲烷的來源和去除途徑，定量分析了不同生成和消耗過程的相對(duì)重要性。在此基礎(chǔ)上，集成了全球淺水區(qū)甲烷氧化速率數(shù)據(jù)庫，利用隨機(jī)回歸森林機(jī)器學(xué)習(xí)方法，模擬了全球近海甲烷氧化速率的分布格局，估算了淺水區(qū)的甲烷總消耗量（圖1）。研究結(jié)果表明，在全球范圍內(nèi)，小于50米的近岸水域每年可以通過氧化作用消耗1.8±2.7百萬噸的甲烷，大約有一半的甲烷在釋放到大氣之前通過生物作用過濾掉。這些結(jié)果進(jìn)一步闡明了近海海洋甲烷的生成和排放機(jī)制，首次定量揭示了甲烷的有氧氧化過程在控制海洋甲烷釋放的重要作用，對(duì)于加深目前對(duì)海洋甲烷生物地球化學(xué)循環(huán)以及減少海洋甲烷排放、助力實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的認(rèn)識(shí)具有重要意義。

圖1全球淺水區(qū)甲烷氧化速率的分布及預(yù)測(cè)

該項(xiàng)工作由中國海洋大學(xué)、廈門大學(xué)、蒙大拿大學(xué)、佐治亞大學(xué)、倫敦大學(xué)學(xué)院等多個(gè)單位的相關(guān)學(xué)者合作完成。中國海洋大學(xué)莊光超教授和楊桂朋教授為共同通訊作者，莊光超教授指導(dǎo)的2021級(jí)海洋化學(xué)專業(yè)博士研究生毛士海為第一作者，研究工作得到了海外青年人才項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、山東省泰山學(xué)者青年項(xiàng)目、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。

通訊員：毛士海

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35082-y