會呼吸的台灣山脈(三)A breathable mountain (3)

我們對活動造山帶碳循環的工作有了新的利器:井下二氧化碳的感測與採樣系統。婉吟與兩邊實驗室成員的努力,設計、組裝可以塞進兩寸井的井下二氧化碳的感測與採樣系統(包含紅外線感測、供電、控制、儲存等元件),並串連十至十五個感測系統,佈放至井下不同的目標深度,測量由岩層逸散之二氧化碳累積濃度。我們另外設計閥門控制與井下管路、地表裝置連接,以進行井下空氣置換、主動循環與測量、被動模式測量、大體積樣本採集等工作。

透過這裝置,我們得以開始回應一些重要的課題:變質岩亦是活動造山帶重要的組成岩性,其內含之有機質受高溫與壓力作用,產生更高成熟度或聚合性 (polymerization) 的形式,其生物可利用性是否與沈積岩相當?變質岩基質的孔隙度十分低,二氧化碳產生與傳輸主要受控於破裂帶的分佈或岩石的組構,這樣的不均性是可被觀測的嗎?深部地下環境可能是低氧或無氧的,有機質的生物氧化速度與高氧地表環境的速度差異為何?深部地下環境變質岩石的體積遠大於地表環境各類岩石體積總合,其有機質氧化對碳循環的影響為何?

我們運用位於台灣東部霧鹿區域的乾井作為測試場域,結果顯示井下不同深度累積二十小時的氣體濃度變化,呈現迥然不同的樣貌,於破碎帶的氣體累積是漸進持續的,呈現弧形的累積曲線;而於多裂隙帶,則呈現階梯式的遞增;多裂隙帶的累積速率顯著的高於破碎帶的累積速率。這些結果顯示深部變質岩層有機物氧化產生二氧化碳與儲庫的高度不均質或不均向特徵,配合同位素的質量平衡模型,指示此氧化作用的貢獻比例,可達整體氣體的 50% 以上,速率與其他區域之地表沈積岩貢獻速率相仿,十分驚人。特別於活動造山帶,快速抬升與侵蝕作用,得以持續提供大量變質岩至地表或較淺的地下環境,透過微生物作用將『難用』的有機質氧化,貢獻溫室效應。

中文詳細介紹:

http://www.geomicrobes.com/……/breathable-mountain-3

論文來源:

Lien, W.-Y., Chen, R., Tsai, J.-F., Chen, J.-N., Lin, L.-H., and Wang, P.-L. (2025) A novel design for continuous measurement of CO2 from deep remineralization of petrogenic organic carbon. Vadose Zone, e70020. https://doi.org/10.1002/vzj2.70020.

前情說明:

活動造山帶之微生物媒介黃鐵礦風化作用:

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拉曼光譜解析活動造山帶之石墨質有機碳氧化作用:

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