Long-term organic carbon preservation enhanced by iron and manganese

퇴적된 유기 탄소(organic carbon; OC)의 분해와 보존 사이의 균형은 전세계적인 탄소 및 산소 순환에 중요하게 고려되어야 할 요소입니다. 하지만 해양 지역에 퇴적된 유기 산소의 보존에 기여하는 다양한 메커니즘과 환경 상 조건의 상대적인 중요성은 여전히 밝혀지지 않았습니다. 비록 해양 환경에서의 퇴적은 온도 때문에 반응 속도가 느릴 것으로 여겨지지만, 단순한 유기 분자는 마이야르 반응(Maillard reaction)에 의해 매우 단단한 형태로 geopolymerization*될 수 있습니다. 지상 환경에서 진행된 비교적 최근의 연구는 위와 같은 반응이 망간(manganese) 광물에 의해 촉매될 수 있다고 제안하지만, 해양 퇴적 온도에서 geopolymerized OC의 형성을 촉진할 가능성은 지상과 다르게 확실하지 않습니다.

이 논문에서는 배양 실험을 선보이며, 철 및 망간 이온과 광물 대부분이 보존되는 대륙사면** 부근에서의 온도에서 생물학적으로 마이야르 반응을 최대 두 배 촉매한다는 것을 발견합니다. 또한, 반응 생성물의 화학적 특징은 전 세계적으로 대륙사면 퇴적물에서 발견되는 용해된 OC 및 총 OC와 매우 유사합니다. 저자들은 pore-water model을 제시함으로써 단순한 유기 분자가 철 및 망간 기반의 촉매 변환을 통해 복잡한 거대 분자로 변환되는 과정에서, 약 4.1 TgC yr-1을 생성하여 해양 축적물로 보존된다고 추정합니다.

지난 3억 6년 동안의 퇴적물 유기 보존이 약 63 Tg C yr-1 정도에 불과한 것으로 알려진 상황에서, 저자들은 해양에 대한 가변적인 철 및 망간의 투입이 지질학적인 시간에 걸쳐 세계 OC 보존에 지금까지 알려지지 않았지만 실질적인 영향을 미칠 수 있다고 제안합니다.



* geopolymerization: aluminosilicate(알루미노실리케이트: 음이온성 Si–O–Al 연결을 포함하는 물질)로 구성된 원재료가 [– Si – O – Al – O –]_n 형태로 공유결합된 3D 구조로 변환되는 것.

** 대륙사면(continental margin): 대륙붕이 끝나는 대륙붕단에서 경사가 급해지는 지역. 약 100~2,000미터 사이의 수심을 보유.