一個渦流協(xié)方差塔幫助研究人員測量亞利桑那州圣卡塔琳娜山脈的森林-大氣氣體和水的交換。Credit: Department of Environmental Science,球巖 University of Arizona
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)（作者：Jake Kerr and Rosemary Brandt, University of Arizona）：“臨界區(qū)”這個名字可能會讓人聯(lián)想到20世紀(jì)80年代的動作驚悚氛圍，但這是石到生命師科學(xué)家用來指地球表面負(fù)責(zé)維持生命的區(qū)域。它是周期中行星結(jié)構(gòu)的一小部分，從地下水下方的活躍基巖一直延伸到低層大氣。
亞利桑那大學(xué)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院環(huán)境科學(xué)系主任喬恩·喬羅夫說：“把它想象成地球的工程皮膚。”。微生物地“它有時被稱為巖石與生命相遇的球巖地帶。”
喬羅弗說，石到生命師大多數(shù)人甚至地質(zhì)學(xué)家通常都不認(rèn)為巖石是周期中生命的基礎(chǔ)，也不認(rèn)為生命會改變巖石，活躍但這觸及了臨界區(qū)科學(xué)的工程核心。
關(guān)鍵地帶是微生物地一個相對較新的地球科學(xué)框架，它使各學(xué)科的球巖研究人員能夠更好地理解物理、化學(xué)和生物過程的石到生命師微妙網(wǎng)絡(luò)是如何結(jié)合在一起形成地球生命支持系統(tǒng)的。
作為一名生物地球化學(xué)家，整個系統(tǒng)方法是一種思維方式，對喬羅夫來說是自然而然的，他在職業(yè)生涯的大部分時間里致力于解開化學(xué)和礦物風(fēng)化驅(qū)動從土壤微生物組到碳循環(huán)的一切進(jìn)化的方式。
喬羅夫最近與北京北京大學(xué)博士后研究員錢芳一起發(fā)表了圣卡塔琳娜-杰梅茲河流域臨界區(qū)觀測站收集的近10年數(shù)據(jù)的結(jié)果，該觀測站橫跨新墨西哥州北部和亞利桑那州南部巖石盆地的海拔梯度和氣候。
根據(jù)喬羅夫的說法，他們的發(fā)現(xiàn)為碳消耗微生物的活動和關(guān)鍵區(qū)域巖石向維持生命的土壤的轉(zhuǎn)化提供了“確鑿證據(jù)”。
露天生活實(shí)驗(yàn)室
在過去，測量礦物風(fēng)化之類的東西通常不是那么令人興奮，想象一下研究人員在實(shí)驗(yàn)室里打碎大塊巖石，看著它在燒杯中溶解，但在自然生態(tài)系統(tǒng)中觀察這一過程則是另一回事。
在Santa Catalina Jemez河流域臨界區(qū)觀測站，測量森林和大氣之間水交換的塔、讀取能量和氣體傳輸?shù)耐寥捞结樢约捌渌幌盗协h(huán)境儀器為科學(xué)家提供了臨界區(qū)內(nèi)復(fù)雜系統(tǒng)的第一手視圖。
該站點(diǎn)是美國國家科學(xué)基金會更大的關(guān)鍵區(qū)域觀測站項(xiàng)目的一部分，與傳統(tǒng)的實(shí)體觀測站不同，該項(xiàng)目提供了一個由美國各地的科學(xué)儀器操縱的區(qū)域生態(tài)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)場的溫度、濕度和氣體傳感器每15分鐘收集一次測量值，在匯編和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)后，“我們發(fā)現(xiàn)巖石風(fēng)化形成土壤的速度與地下微生物組的活動之間存在著密切的關(guān)系，”Catalina Jemez天文臺的首席研究員喬羅夫說。
打破巖石的生命周期
方說：“礦物、微生物和有機(jī)物是地球表面最重要的組成部分。”。“它們不斷相互作用，為所有陸地生命提供營養(yǎng)、能量和適宜的生活環(huán)境。”
方解釋說，臨界區(qū)的這些礦物質(zhì)不斷受到微生物、有機(jī)酸和水的攻擊。隨著礦物質(zhì)的分解，土壤中的微生物消耗新的有機(jī)物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化為植物和其他微生物的飼料，同時釋放二氧化碳。
先前的研究表明，當(dāng)更多的“新鮮”有機(jī)物（如植物物質(zhì)）被引入土壤系統(tǒng)時，土壤有機(jī)物的微生物分解可以得到促進(jìn)。這一過程被土壤科學(xué)家稱為“啟動效應(yīng)”。然而，礦物風(fēng)化和微生物引發(fā)之間的關(guān)系仍不清楚。
方說：“我們的研究首次表明了這些重要的土壤過程是如何耦合的，這兩個過程持續(xù)影響土壤形成、二氧化碳排放和全球氣候。”。“這種聯(lián)系甚至可能與長期的元素循環(huán)和地球上土壤碳和養(yǎng)分的快速周轉(zhuǎn)有關(guān)。”
雖然很容易將植物和微生物的成功視為幸運(yùn)的環(huán)境環(huán)境，但喬羅夫表示，這項(xiàng)研究證明，即使是臨界區(qū)的最小部分也可以發(fā)揮重要作用。
喬羅夫說：“這表明，生命不僅僅是關(guān)鍵區(qū)域演化軌跡上的被動乘客，而是在決定地球表層演化方向和路徑方面的主動工程師。”。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

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