
化學風化作用調控地質時間尺度的碳循環與氣候變遷,然而此作用並不僅侷限於礦物的溶解(前情說明:https://www.geomicrobes.com/……/breathable-mountain-1),其中岩石源有機碳 (petrogenic organic carbon) 的風化作用,更被倡議可能對全球尺度碳循環產生重要的影響。
岩石源有機質 泛指陸源有機質(例如土壤、岩石碎屑顆粒)或源自海洋表層之生物碎屑,經成岩甚而變質作用形成或殘餘的有機質。經高溫壓聚合反應形成的岩石源有機質,雖然其量體十分驚人(>10^15 ton-C),一般認為其可被微生物分解的可能性低,因而被屏除於全球碳循環的考量。
然而這樣的概念正逐漸被打破。近年來部分研究嘗試利用河水的溶解錸 (rhenium) 或沈積物碳十四活度作為岩石源有機質氧化的代用指標,它們的分析結果顯示,全球岩石源有機質氧化的速率的碳排放是足以與矽酸鹽風化或生物碳埋藏所造成的碳移除速率匹配。然而這些代用指標的大都建築於地貌較為穩定且土壤發育較為完整的大河系統,是否得以應用於高山小河系統多屬未知,亟需結合不同的工具以完備岩石源有機碳風化對於碳循環的影響。
為了回應這樣的問題與目標,我們選擇台灣東部的卑南溪系統為我們的目標場域,採集上游區域的土壤與岩石、流域各河段之懸浮沈積物與河道底載、近岸表層沈積物,並運用拉曼光譜儀分析含碳物質之成熟度或石墨化程度,進行成熟度變化之探討。我們的分析結果顯示於岩石源有機碳(或石墨質碳)的氧化主要發生於土壤化與於海底傳輸的過程,並呈現截然不同的光譜特徵變化。
我們針對礦物相的分析也發現,高成熟度的石墨質碳較不易被微生物分解,相較於長石與雲母,石英與金紅石提供了石墨質碳較高的保護力,反之,雲母幾乎在沈積物搬運過程中,消失殆盡,使得與之結合的岩石源有機碳完全曝露於河水或是海水,可能遭受更強烈的氧化分解。


最後,我們估算此流域岩石源有機質的氧化比例可達40–70%,若考慮造山抬升運動曝露出的新鮮岩石或侵蝕作用產生的碎屑有機物質,可供給微生物進行分解作用,並假設達成穩定態,則岩石源有機質的氧化通量可達20–35 ton-C/km2/yr,這樣的速率遠大於大河系統的通量(兩個數量級以上),相較於其他造山帶的小河系統,此通量亦於同一數量級的高值範圍。這樣的通量與同流域伴隨黃鐵礦氧化風化作用產生的碳排或侵蝕與埋藏生物源碳所造成的碳匯雷同,更遠高於矽酸鹽風化產生的碳匯。我們的研究顯示台灣山脈小河流域的岩石源有機碳氧化作用,是自然碳排重要的貢獻者,更應納入全球碳循環的量化模型。
中文詳細介紹:
https://www.geomicrobes.com/……/breathable-mountain-2
論文來源:
Lien, W.-Y., Chen, C.-T., Lee, Y.-H., Su, C.-C., Wang, P.-L., and Lin, L.-H. (2024) Two-stage oxidation of petrogenic organic carbon in a rapidly exhuming small mountainous catchment. Communications Earth & Environment, 6, 45.