碳氫化合物的同位素組成就像指紋一樣。它們可以清楚地表明甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷等碳氫化合物的形成方式。當碳氫化合物燃燒時，會產(chǎn)生水和二氧化碳并釋放能量。包括原油和天然氣在內(nèi)的碳氫化合物是在高溫高壓下的地質時期形成的，研究人員最終可以根據(jù)其特定的同位素模式確定這一過程。
然而，在研究瓜伊馬斯盆地的樣本時，研究人員發(fā)現(xiàn)了不符合眾所周知的形成途徑的同位素模式。在與研究船亞特蘭蒂斯號的幾次探險中，使用載人潛水器 Alvin 收集樣品，因此可以精確定義采樣位置，同時測量海底的溫度。“在瓜伊馬斯盆地，有可能見證石油的形成，就好像它在延時一樣，”MARUM 的合著者弗洛倫斯·舒博茨博士解釋說。大量有機物質以沉積物形式沉積在該盆地中，這些有機物質又被熱液活動迅速加熱，從而形成石油。與高壓和高溫下常規(guī)石油形成所需的數(shù)百萬年相比，這發(fā)生得非常快。與該過程相反，瓜伊馬斯盆地邊緣的地質活動和沉積的生物材料的數(shù)量是碳氫化合物生成的主要因素。因此，盆的操作就像一個壓力鍋。由于這種獨特的特性，瓜伊馬斯盆地被研究人員認為是沉積有機質快速熱變化的模型區(qū)域。
“這些數(shù)據(jù)讓我們感到驚訝，因為我們無法用任何已知的機制來解釋它們。我們集思廣益，考慮了是什么讓這個系統(tǒng)如此特殊，以及在地下深處可能發(fā)生的哪些過程可能導致我們樣本中碳氫化合物氣體的異常同位素模式，我們集思廣益，”第一作者宋敏博士解釋說。在此過程中，研究人員考慮了瓜伊馬斯盆地地下豐富的揮發(fā)性脂肪酸的作用，并進行了模擬實驗。他們首次提出了氣體形成的替代途徑，這也解釋了在盆地地下觀察到的同位素特征。MARUM 研究員 Wolfgang Bach 教授的實驗室模擬了熱液系統(tǒng)中存在的溫度和壓力。
舒博茨指出，這種對海底碳氫化合物替代形成過程的新解釋現(xiàn)在可以在其他地熱和熱液加熱沉積物系統(tǒng)中進行測試。因此，這些結果對 MARUM 的研究做出了重要貢獻。Min Song 在“海底-地球未知界面”卓越集群的同事以及國際合作伙伴，包括北卡羅來納大學教堂山分校的 Andreas Teske 教授都參與了這項研究。“我們的發(fā)現(xiàn)為碳氫化合物氣體中不尋常的同位素模式提供了令人信服的解釋，”聯(lián)合集群發(fā)言人兼研究負責人 Kai-Uwe Hinrichs 教授說。“這里的碳氫化合物不是通過將較長的化合物分解成較小的成分而形成的，而是由由較小的構建塊生成。” 沒有微生物參與這個形成過程，這就是為什么這個過程屬于非生物形成的范疇。這些發(fā)現(xiàn)將有助于更好地了解海底的過程，尤其是碳流動方面的過程。
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