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Jan 04, 2024

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측정항목 세부정보

퇴적 유기탄소(OC)의 분해와 보존 사이의 균형은 지구 탄소 및 산소 순환에 중요합니다1. 그러나 해양 퇴적물 OC 보존에 기여하는 다양한 메커니즘과 환경 조건의 상대적 중요성은 여전히 ​​불분명합니다2,3,4,5,6,7,8. 단순한 유기 분자는 메일라드 반응을 통해 난분해성 형태로 지구중합될 수 있지만 해양 퇴적 온도에서의 반응 역학은 느린 것으로 생각됩니다9,10. 육상 시스템에 대한 최근 연구에서는 이 반응이 망간 광물에 의해 촉매될 수 있음을 시사하지만11,12,13 해양 퇴적 온도에서 지구중합 OC 형성 촉진 가능성은 불확실합니다. 여기에서 우리는 인큐베이션 실험을 제시하고 철, 망간 이온 및 미네랄이 대부분의 보존이 일어나는 대륙 경계와 관련된 온도에서 최대 2배까지 메일라드 반응을 비생물적으로 촉매한다는 것을 발견했습니다4. 더욱이, 반응 생성물의 화학적 특징은 전 세계적으로 대륙 주변 퇴적물에서 발견되는 용해 및 총 OC와 매우 유사합니다. 공극수 모델14의 도움으로 우리는 철 및 망간 촉매에 의한 단순 유기 분자의 복잡한 거대분자로의 변환이 대략 4.1 Tg C yr−1의 해양 퇴적물 보존을 위해 생성될 수 있다고 추정합니다. 아마도 지난 3억년 동안 퇴적 유기물 보존의 약 63 Tg C yr−1 변화라는 맥락에서6, 우리는 해양으로의 가변적인 철과 망간 유입이 지질 시대의 지구 OC 보존에 실질적이지만 지금까지 탐구되지 않은 영향을 미칠 수 있다고 제안합니다. 시간.

지질 시대에 걸쳐 해양 퇴적물에서 유기 탄소(OC)를 보존하려면 OC가 미생물 재석회화를 피해야 하며, 그렇지 않으면 OC가 용해된 무기 탄소 및/또는 이산화탄소로 전환됩니다7. 이 전제는 모든 OC 보존 메커니즘의 핵심이며 OC가 본질적으로 안정적이거나 미생물 분해에 대해 안정적이어야 합니다7. 후자의 보존 경로는 OC와 광물 매트릭스4,8의 상호 작용과 가장 흔히 연관되어 있지만, 다른 경로에도 OC가 불안정한 형태에서 난해한 형태로 변형되는 과정이 포함될 수 있습니다5. Maillard 반응은 모든 환원당과 유리 아미노산을 N 치환 고리, 카르보닐, 카르복실 및 아미노 작용기를 갖는 복잡한 방향족(1,000g mol 이상)으로 중합할 수 있는 경로 중 하나입니다(보충 그림 1). 우리가 지리중합 물질(GPS)로 정의하는 이러한 방향족 중합체는 너무 커서 미생물이 직접 섭취할 수 없으며 세포 외부에서 가수분해하기가 더 어렵습니다(1,000g mol−1 이상인 경우). 구조가 더 복잡하기 때문입니다. 미생물의 재석회화17를 피할 수 있으므로 장기간에 걸쳐 환경에 지속될 수 있습니다.

해양 퇴적물의 OC 보존에 주목할만한 기여를 하기 위한 지질중합의 경우 메일라드 반응 동역학은 미생물 흡수 또는 환원당과 아미노산의 재석회화와 경쟁해야 합니다7. 그러나 해양 퇴적물 온도(약 10°C)14에서 메일라드 반응 동역학은 매우 느린 것으로 생각됩니다9,10. 결과적으로, 지질중합은 OC 보존을 위한 메커니즘으로 크게 무시되었으며 해양 퇴적물에 OC를 매장하는 데 그다지 중요하지 않은 것으로 가정되었습니다7,9,18. 그러나 보다 최근의 연구에서는 메일라드 반응이 토양 온도(25~45°C)에서 Mn 광물 버네사이트11 및 점토12에 의해 촉매될 수 있으며, 이로 인해 토양 환경에서 풍부하게 발견되는 것과 유사한 휴믹 물질의 생산이 증가할 수 있음을 보여줍니다. 더욱이, 해양 및 육상 시스템에서 OC의 순환은 용해된 Fe 및 Mn, 광물 Fe 및 Mn (옥시수)산화물13,19,20의 순환과 밀접하게 결합되어 있는 것으로 알려져 있으며, 이는 이러한 반응성 형태의 Fe 및 Mn OC 분자와 결합하여 이러한 분자를 재광화로부터 보호하고 수백 년에서 수천 년 동안 보존하는 데 도움이 될 수 있습니다8,19. Fe와 Mn이 OC의 변환과 보존에 중요한 역할을 할 수 있음에도 불구하고 Fe와 Mn이 메일라드 반응을 촉매하고 해양 퇴적물 온도에서 지질중합된 OC의 형성을 촉진할 가능성은 아직 밝혀지지 않았습니다.