Khoan đại dương phát hiện ra chu trình carbon động ở rãnh nước cực sâu Nhật Bản

Tàu nghiên cứu R/V Kaimei. Tín dụng: ECORD/IODP/JAMSTEC

 Tiến sĩ Ken Ikehara từ Viện Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia cho biết: “Tại đây, các mảng đại dương uốn cong, tạo thành các rãnh nước cực sâu và di chuyển bên dưới các mảng nằm trên trong cái gọi là vùng hút chìm, đồng thời tích tụ sức căng kiến ​​​​tạo mảng toàn cầu trong thời gian dài ”  . Science and Technology, Nhật Bản, và đồng trưởng nhóm khoa học của IODP Expedition 386. "Năng lượng này được giải phóng một cách thảm khốc trong cái gọi là trận động đất siêu mạnh, giống như đã xảy ra vào năm 2011 trong trận động đất Tohoku-oki tàn khốc."

Sự biến dạng và rung chuyển của đáy biển liên quan đến động đất có thể tái di chuyển một lượng lớn trầm tích và  carbon hữu cơ tươi  , sau đó được chuyển bởi trọng lực chảy vào vùng chìm cuối cùng của lưu vực rãnh hadal. Để nghiên cứu lịch sử lâu dài của các trận động đất siêu mạnh và điều tra vai trò của động đất trong môi trường nước cực sâu, nhóm IODP Expedition 386 đã thu thập và phân tích 58 lõi trầm tích lấy từ các lỗ có độ sâu tới 37,82 mét trong lòng  biển  . đáy biển tại 15 điểm dọc theo trục rãnh dài 500 km.

Giáo sư Michael Strasser từ Đại học Innsbruck và cộng sự cho biết: “Thành tựu hoạt động thám hiểm lấy mẫu dưới lòng đất thành công ở độ sâu từ 7.445 đến 8.023 m dưới mực nước biển đã lập hai kỷ lục mới trong hơn 50 năm khoan và lấy lõi đại dương một cách khoa học”. -nhà khoa học trưởng của IODP Expedition 386. "Chúng tôi đã khảo sát khu vực nước sâu nhất ở độ sâu 8.023 mét và thu hồi mẫu mực nước biển sâu nhất từ ​​​​8.060,74 mét dưới mực nước biển."

Phân tích các mẫu chưa từng có như vậy và nghiên cứu do Giáo sư Rui Bao tại Đại học Hải dương Trung Quốc dẫn đầu đã tìm thấy một lượng lớn carbon hòa tan không ổn định được lưu trữ trong nước kẽ trầm tích. Việc lưu trữ carbon hòa tan ngụ ý quá trình tái khoáng hóa carbon hữu cơ tích cực trong các rãnh hadal lớn hơn nhiều so với các môi trường nước sâu khác của đại dương mở. Bằng cách sử dụng các kỹ thuật cacbon phóng xạ tiên tiến, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra sự lão hóa và sự tích tụ của cacbon hữu cơ và vô cơ hòa tan trong các lớp trầm tích sâu dưới bề mặt.

Tiến sĩ Mengfan Chu cho biết: “Đây là những kết quả thú vị vì các phần cacbon hòa tan này có thể có tác động lớn đến chu trình cacbon sâu vì chúng vẫn bị chôn sâu hơn vào các trầm tích rãnh và vùng hút chìm”. ứng cử viên tại Đại học Đại dương Trung Quốc, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu hiện được công bố trên tạp  chí Nature Communications .

Chu trình cacbon hòa tan hoạt động qua trung gian vi sinh vật trong trầm tích sâu dưới bề mặt

Một cuộc điều tra địa hóa học toàn diện về nước kẽ trầm tích dựa trên kết quả của IODP Expedition 386 đã ủng hộ giả thuyết này. Kho khí mê-tan khổng lồ được tìm thấy trong các trầm tích dọc theo toàn bộ rãnh Nhật Bản, cùng với các đặc điểm địa hóa nổi bật khác của nước kẽ.

Điều này chỉ ra quá trình sinh metan mạnh mẽ của vi khuẩn trong các rãnh hadal và được hiểu là hiệu ứng tăng cường của các trận động đất lớn lặp đi lặp lại dọc theo vùng hút chìm. Thông qua việc tăng dòng cacbon hữu cơ và điều chỉnh các đặc tính vật lý và hóa học của  trầm tích  , động đất đóng vai trò là yếu tố điều biến mạnh mẽ trong chu trình cacbon ở rãnh và các quá trình trao đổi chất sinh quyển sâu trong những môi trường khắc nghiệt này.

"Những khám phá này cung cấp bằng chứng mạnh mẽ rằng các rãnh hadal không phải là môi trường biển sâu 'yên tĩnh' như đã xem xét trước đây. Chúng tôi rất vui mừng được nói rằng sẽ có nhiều khám phá hơn về chu trình carbon ở rãnh hadal trong tương lai." Giáo sư Rui Bảo nói.

"Ví dụ, trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi cũng báo cáo sự xuất hiện của cacbonat tự sinh ở tầng dưới bề mặt sâu của trầm tích rãnh Nhật Bản, điều này cho thấy sự biến đổi tích cực của cacbon giữa các dạng khác nhau của nó (trầm tích, hòa tan, khí và khoáng chất) và ngụ ý rằng môi trường rãnh hadal chứa chu trình carbon động, liên kết bề mặt Trái đất và phần bên trong sâu hơn của nó dọc theo các đới hút chìm, mang lại cơ hội lớn cho các nghiên cứu trong tương lai”, Giáo sư Bảo tiếp tục.

Những quan điểm sâu hơn về nghiên cứu ở rãnh Nhật Bản

Những khám phá mới về chu trình cacbon động ở rãnh Nhật Bản đại diện cho thành tựu khoa học quan trọng đầu tiên nhờ việc lấy mẫu và điều tra dưới bề mặt không gian có độ phân giải cao theo thời gian và không gian cao về rãnh đại dương hadal đạt được bởi Đoàn thám hiểm 386 ở Rãnh Nhật Bản. Cùng với ấn phẩm khoa học đầu tiên liên quan đến IODP-Expedition 386 này, kết quả sơ bộ của toàn bộ chuyến thám hiểm hiện đã được IODP công bố.

Cùng với những quan điểm mới và tiềm năng nâng cao hiểu biết của chúng ta về các chu kỳ nguyên tố dưới biển sâu và ảnh hưởng của chúng đối với môi trường hadal, các mẫu và dữ liệu từ chuyến thám hiểm này cũng tiết lộ những ghi chép sự kiện hấp dẫn cách đây hơn 24.000 năm. Điều này cho phép nghiên cứu hiện đang diễn ra và những quan điểm mới cho cuộc thảo luận về khả năng tái diễn lâu dài và mối nguy hiểm của các trận động đất siêu lớn.

Ba mươi sáu nhà khoa học có chuyên môn về các lĩnh vực khoa học địa chất khác nhau từ Áo, Úc, Trung Quốc, Phần Lan, Pháp, Đức, Ấn Độ, Nhật Bản, Anh và Hoa Kỳ hiện đang tiến hành nghiên cứu sâu hơn bằng cách sử dụng các mẫu được thu thập bởi giàn khoan đại dương tiên tiến của IODP . Những tiến bộ khoa học quan trọng hơn dự kiến ​​sẽ thúc đẩy lĩnh vực nghiên cứu vùng nước cực sâu,  vùng hút chìm  và động đất.