撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

在海洋中，几乎永不停歇的颗粒流——其中大部分由生物过程产生——从阳光普照的海面沉入深海的黑暗之中，这一过程被称为海洋生物泵，它将化学能和生命所需的元素输送到深海，有助于控制地球气候并为深海生态系统提供能量。

而一篇最新Nature论文提出了一种全新的生物地球化学框架，颠覆了人们对海洋的传统认知，指出海洋中的多种元素其实源自海底。

该研究以：Abyssal seafloor as a key driver of ocean trace-metal biogeochemical cycles 为题，于 2025 年 6 月 11 日发表于Nature期刊，杜江辉为论文第一作者兼共同通讯作者，这是杜江辉在苏黎世联邦理工学院进行博士后研究期间的工作，目前杜江辉已回国加入北京大学地球与空间科学学院，任助理教授。

杜江辉，2009 年本科毕业于北京大学，2011 年硕士毕业于北京大学，2019 年博士毕业于俄勒冈州立大学，此后在俄勒冈州立大学和苏黎世联邦理工学院进行博士后研究工作，2024 年回国，加入北京大学地球与空间科学学院，任助理教授。

微量元素及同位素（TEI）对海洋生物至关重要，也是研究海洋过程的重要工具。关于海洋中 TEI 的循环，出现了两种不同的框架：可逆的清除作用有利于水柱（water-column，指从水体表面垂直延伸至水底或某一特定深度的连续水体部分）对 TEI 分布的控制，而海底边界交换则强调沉积物对水柱生物地球化学的影响。这两种观点导致了对 TEI 行为的不同解读。

在这项最新研究中，研究团队以稀土元素和钕同位素为例，作为颗粒物沉降和边界交换的示踪剂。研究团队将这些数据与颗粒循环和沉积物成岩作用模型相结合，提出了一个海洋中 TEI 循环的通用框架。

该研究证明，对于那些对锰氧化物的亲和力大于对生物颗粒亲和力的元素而言，在整个水柱中，清除作用是一个净汇，这与可逆清除作用的常见假设相反。在这种情况下，海底栖息生物的通量使得元素浓度随水深增加而上升。这种沉积物来源由两部分组成：一部分是水柱颗粒所吸附的元素经再循环而来，另一部分则是通过沉积物内部的海洋硅酸盐风化作用新引入水柱的。深海有氧成岩作用驱动了这种底栖来源，并通过海底地形和底部增强的湍流混合对水柱生物地球化学产生强烈影响。

总的来说，这些研究结果证实了自生矿物（authigenic minerals，指沉积岩的沉积和成岩过程中以化学或生物化学方式新生成的矿物）在水柱循环中的作用，这种作用常常被生物颗粒所掩盖，并表明通常被认为不活跃的深海海底是生物地球化学转化的一个重点区域。

值得一提的是，Nature期刊同期发表了题为：Trace elements in the ocean attributed to a surprising source 的新闻与观点文章，文章指出，杜江辉等人的这项研究揭示了海洋中微量元素令人惊讶的来源——海底是海洋中微量元素的来源之一，这一发现颠覆了人们对海洋生物地球化学的传统观点。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09038-3

https://www.nature.com/articles/d41586-025-01681-0