使用新开发的技术，研究人员已经排除了世界海洋中古代溶解有机物 (DOM) 的潜在来源。

DOM 是有机物质——主要是碳，但也有一些氮、硫、氧和其他元素——其尺寸小于约 0.7 微米(比细菌还小)并且溶解在海水中。由于 DOM 是碳的主要储存库，这一发现对深海(通常定义为光无法穿透的区域，深度约为 200 米)中的碳封存具有影响。DOM 可以在深海中存在数百年到数千年，尽管没有人知道它为什么会持续这么久。

新的研究表明，深海 DOM 的积累发生在海洋沉积物中发现的有机硫化合物的输入微不足道的情况下，因此拒绝了一个主要假设，即为什么它会持续这么长时间。

“我们的论文帮助解决了碳封存中一个挥之不去的问题，拒绝了一些旧碳来自何处的理论，”发表在Proceedings上的一篇关于该研究的论文的主要作者 Alexandra Phillips(博士 '21)说10 月 7 日，国家科学院( PNAS ) 博士。菲利普斯是加州大学圣巴巴拉分校的博士后学者，但在加州理工学院研究生期间与地球生物学教授亚历克斯·塞申斯一起进行了这项研究

海洋中以 DOM 形式存在的碳与大气中的二氧化碳一样多。DOM 被认为对气候调节很重要，因为它基本上可以长时间捕获碳。

菲利普斯检验了这样一个假设，即由于与孔隙水(流经海底沉积物的水)中的硫化氢反应，存在寿命极长的 DOM ，产生的分子然后从沉积物中渗入海洋。众所周知，这种反应会使分子更能抵抗微生物降解，科学家们此前曾将沉积物中“硫化”有机物的产生与地球历史上的冷却事件联系起来。

Phillips、Sessions 和他们在加州理工学院、斯克里普斯海洋研究所和德国奥尔登堡大学的同事使用硫同位素来测试这些硫化反应是否也是深海旧碳的重要组成部分。

菲利普斯在加州理工学院的研究生院度过了一段时间，改进了硫同位素测量技术。给定样品中稳定同位素的丰度通常会提供有关其来源的线索。例如，硫最常以两种形式出现：硫 32 和硫 34 同位素(较重的硫 34 同位素含有比硫 32 多两个中子的同位素)。分析样品中每种同位素的相对丰度可以告诉您一些关于样品来源的信息。例如，没有氧气的地区的微生物使用硫酸盐(硫和氧的分子)作为能量并产生硫化物(带负电荷的硫离子)作为副产品。对于较轻的硫 32 同位素，该反应更快，这反过来又会导致生成的硫化物具有更多的硫 32。

然而，对于硫来说，准确测量同位素比所需的大样本量使其成为研究 DOM 的不切实际的方法。也就是说，直到 Phillips 和她的同事开发出一种方法来分析非常低水平的硫同位素，这反过来又将所需的样品大小从大约 10 毫克 DOM(产生大约 100 微克硫)减少到大约 0.1 毫克 DOM(产生约 1 微克硫)。

实际上，每个样本只过滤 10 升海水而不是 1,000 升海水之间的区别。

“这是一个经典的例子，说明改进测量技术的基础研究如何在新科学方面带来红利，”塞申斯说。“随着 Alex 的论文工作有助于将有机硫同位素的检测限降低两个数量级，海洋 DOM 的分析突然变得非常实用。”

他们的测量依赖于燃烧少量孤立的 DOM 样品，并使用质谱法精确分析产生的气体混合物。这使团队能够详细测量出现的每种气体的同位素比率。加州理工学院的 Sessions 实验室多年来一直在改进类似的技术——但这是对这些新硫同位素方法的首次现场测试。

菲利普斯说：“这就像我们是一把寻找钉子的锤子。” “我们花了时间开发这种很棒的方法，并渴望应用它来回答一个大问题。这种方法确实打开了可能测量有机硫的闸门。”

研究小组发现了与沉积源不匹配的硫同位素信号。从太平洋和大西洋深处收集的样本中的硫 34 含量比如果该物质来源于硫化有机物所预期的要多得多。研究人员还指出，随着样本中硫 34 的相对丰度降低，样本也显示出硫相对于碳的总体损失。这进一步反驳了硫化有机物是海洋最古老溶解碳的缺失来源的假设。

相反，硫同位素比率几乎与浮游植物中发现的相同，浮游植物是构成海洋食物网基础的微观光合作用生物。这些发现为浮游植物是硫的来源提供了直接证据，并为一般 DOM 的来源提供了间接证据。然而，应该注意的是，含硫化合物占典型 DOM 的比例不到 10%。

“大多数研究硫的人只是把它作为了解碳循环的窗口，但我认为这个结果表明生物学也是硫的起点，”菲利普斯说。“海洋有机硫比我们预期的要活跃得多。”

PNAS论文的标题是“新型硫同位素分析将硫化孔隙水通量限制为海洋溶解有机物的次要成分”。