科研前沿：研究人员通过减少乙酸来模拟替代性碳氢化合物的形成

碳氢化合物是原油和天然气的重要组成部分，在深海海底的压力和高温下形成。在加利福尼亚湾的瓜伊马斯盆地，研究人员检测到了已知地层路径无法产生的碳氢化合物气体模式。在他们的研究中，该研究现已发表在美国国家科学院院刊( PNAS) 上)，他们描述了通过还原乙酸形成天然气的两种主要成分乙烷和丙烷的新途径。该团队由来自不来梅大学海洋环境科学中心和北卡罗来纳大学的 MARUM 的研究人员组成，他们在实验室实验中研究了同位素特征和模拟的碳氢化合物形成。

碳氢化合物的同位素组成就像指纹一样。它们可以清楚地表明甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷等碳氢化合物的形成方式。当碳氢化合物燃烧时，会产生水和二氧化碳并释放能量。包括原油和天然气在内的碳氢化合物是在高温高压下的地质时期形成的，研究人员可以根据其特定的同位素模式最终确定这一过程。

然而，在研究瓜伊马斯盆地的样本时，研究人员发现了不符合众所周知的形成途径的同位素模式。在与研究船亚特兰蒂斯号的几次探险中，使用载人潜水器 Alvin 收集样品，因此可以精确定义采样位置，同时测量海底的温度。

“在瓜伊马斯盆地，有可能见证石油的形成，就好像它在延时一样，”MARUM 的合著者弗洛伦斯·舒博茨博士解释说。大量有机物质以沉积物形式沉积在该盆地中，这些有机物质又被热液活动迅速加热，从而形成石油。与高压和高温下常规石油形成所需的数百万年相比，这发生得非常快。与该过程相反，瓜伊马斯盆地大陆边缘的地质活动和沉积的生物材料的数量是碳氢化合物生成的主要因素。因此，盆的操作就像一个压力锅。因为这个独特的性格，

“这些数据让我们感到惊讶，因为我们无法用任何已知的机制来解释它们。我们集思广益地提出了其他解释，考虑是什么使这个系统如此特殊，以及可能在地下深处发生哪些过程可能导致碳氢化合物气体的异常同位素模式在我们的样本中，”第一作者 Min Song 博士解释说。在此过程中，研究人员考虑了瓜伊马斯盆地地下丰富的挥发性脂肪酸的作用，并进行了模拟实验。他们首次提出了气体形成的替代途径，这也解释了在盆地地下观察到的同位素特征。MARUM 研究员 Wolfgang Bach 教授的实验室模拟了热液系统中存在的温度和压力。

舒博茨指出，这种对海底碳氢化合物替代形成过程的新解释现在可以在其他地热和热液加热沉积物系统中进行测试。因此，这些结果对 MARUM 的研究做出了重要贡献。Min Song 在“海底—地球未知界面”卓越集群中的同事以及国际合作伙伴，包括北卡罗来纳大学教堂山分校的 Andreas Teske 教授都参与了这项研究。

“我们的发现为碳氢化合物气体中不寻常的同位素模式提供了令人信服的解释，”联合集群发言人兼研究负责人 Kai-Uwe Hinrichs 教授说。“这里的碳氢化合物不是通过将较长的化合物分解成较小的成分而形成的，而是由较小的构建块产生的。在这个形成过程中没有微生物参与，这就是为什么这个过程属于非生物形成的范畴。研究结果将导致以更好地了解海底的过程，特别是关于碳流动的过程。”