The Innovation | 矿物碳泵：地球系统碳存储与氧循环的引擎

通过研究矿物与有机碳的相互作用，揭示矿物碳泵对地球碳存储和氧循环的影响机制，阐明其在调节地球长期碳氧循环中的关键作用，从而为应对气候变化提供新的见解和策略。

矿物碳泵通过矿物与有机碳的相互作用，在地球系统内有效提升有机碳的存储与氧循环。研究表明，这一机制对地球气候演变、碳循环以及生命的起源和演化具有重要影响。本文探讨了陆地和海洋环境中矿物-有机碳交互的多样性及其对碳储存的贡献，展现了矿物碳泵在应对气候变化中的潜力。

在陆地和海洋环境中，矿物与有机碳（OC, organic carbon）的接触几乎是不可避免的，它们之间的界面反应会自然发生，具有带电羟基或永久电荷的粘土矿物和有机碳中的官能团（如羧基、酚基和胺基）容易发生结合，形成稳定的结构，从而保护OC免受微生物降解。

粘土矿物与有机碳的界面反应中，铁氧化物发挥了关键作用。虽然铁氧化物的含量比粘土矿物低得多，但由于其具有较大的表面积和高度活跃的表面特性，它们能有效保护OC。研究发现，全球高达80%的OC因与反应性铁结合得以保存。

陆地环境中，粘土矿物通过与铁氧化物的协作，可在河流搬运和沉积过程中减少有机碳的损失，并有效保存有机碳。在海洋环境中，铁氧化物与粘土矿物结合后还能与藻类聚合，加速有机碳的沉降和埋藏，与海洋微生物碳泵共同促进有机碳的封存。

在海洋沉积物中，铁和锰氧化物能够将活性有机碳转化为更复杂且难以降解的形式，从而每年封存约4.1兆吨碳。海洋内部的研究也表明，胶体铁氧化物与有机碳分子的结合通过“胶体分流”机制提升OC的保存，而无需增加海洋初级生产力。