“临界区”这个名字可能会散发出 1980 年代的动作惊悚片氛围，但它是科学家用来指代负责维持生命的地球陆地表面区域的术语。它是行星结构中相对较小的一部分，它从地下水下方的基岩一直延伸到低层大气。

微生物是地球岩石到生命周期中的活跃工程师

“把它想象成地球的皮肤，”亚利桑那大学农业与生命科学学院环境科学系主任乔恩·乔洛弗(Jon Chorover)说。“它有时被称为岩石与生命相遇的区域。

Chorover说，大多数人 - 甚至地质学家 - 通常不认为岩石是生命的基础或生命可能改变岩石的方式，但这切入了关键区域科学的核心。

作为处理地球科学的一个相对较新的框架，关键区域使跨学科的研究人员能够更好地理解物理，化学和生物过程的微妙网络如何共同形成地球的生命支持系统。

作为一名生物地球化学家，全系统方法是Chorover自然而然的一种思维方式，他职业生涯的大部分时间都在努力揭示化学和矿物风化推动从土壤微生物组到碳循环的一切进化的方式。

Chorover与北京大学的博士后研究员钱芳(Qian Fang)最近发表了圣卡塔利娜-杰梅斯河流域临界带观测站近10年收集的数据的结果，该观测站跨越了新墨西哥州北部和亚利桑那州南部岩石盆地的海拔和气候梯度。

根据Chorover的说法，他们的发现在碳消耗微生物的活动与关键区域岩石向维持生命的土壤的转化之间提供了“吸烟枪”联系。

露天生活实验室

在过去，测量矿物风化之类的东西通常并不那么令人兴奋——想象一下，研究人员在实验室里掰开大块岩石，看着它溶解在烧杯中。但是在自然生态系统中看待这一过程是另一回事。

在圣卡塔利娜-杰梅斯河流域临界区天文台，测量森林和大气之间水交换的塔楼、读取能量和气体转移的土壤探头以及许多其他环境仪器为科学家提供了临界区内复杂系统的第一手资料。

该站点是更大的国家科学基金会关键区域天文台计划的一部分，与传统的实体天文台不同，该计划提供了一个由各地科学仪器操纵的区域生态环境网络。

现场的温度，湿度和气体传感器每15分钟收集一次测量值，在汇编和关联数据后，“我们发现岩石风化形成土壤的速度与地下微生物组的活动之间存在很强的关系，”Catalina-Jemez天文台的首席研究员Chorover说。

打破从摇滚到生命的循环

“矿物质，微生物和有机物是地球表面最重要的成分之一，”方说。“它们不断相互作用，为所有陆地生命提供营养、能量和合适的生活环境。

Fang解释说，临界区的这些矿物质不断受到微生物，有机酸和水的攻击。随着矿物质的分解，土壤中的微生物会消耗新的有机物并将其转化为喂养植物和其他微生物的材料，同时释放二氧化碳。

先前的研究表明，当将更多“新鲜”有机物(如植物物质)引入土壤系统时，可以促进土壤有机物的微生物分解。这个过程被土壤科学家称为“启动效应”。然而，矿物风化与微生物启动之间的关系尚不清楚。

“我们的研究首次表明，这些基本的土壤过程是如何耦合的，这两个过程不断影响土壤形成，一氧化碳2排放和全球气候，“方说。“这些联系甚至可能与地球上土壤碳和养分的长期元素循环和快速周转有关。

虽然很容易将植物和微生物的成功视为幸运的环境环境，但Chorover说，这项研究证明，即使是临界区域的最小部分也可以发挥重要作用。

“这表明生命不仅仅是关键区域演化轨迹上的被动乘客，而是确定地球皮肤如何进化的方向和路径的积极工程师，”乔洛弗说。

这项工作发表在《自然通讯》杂志上。