近日，国际地球化学领域权威期刊Geochimica et Cosmochimica Acta在线发表了成都理工大学李超教授团队王威博士后的最新突破性成果《碳酸盐结合态荧光溶解有机质（CAFDOM）：建立古海洋溶解有机质的新指标》【Carbonate-associated fluorescent dissolved organic matter (CAFDOM): Establishing a new proxy for dissolved organic matter in ancient oceans】。团队研发了可直接定量表征古海洋溶解有机质（DOM）的新指标——碳酸盐结合态荧光溶解有机质（CAFDOM），为解析古海洋DOM库的规模、组成及其时空演化规律提供了原创性的关键技术手段。
1. 研究背景：古海洋DOM研究的瓶颈
DOM所蕴含的碳库（即DOC库）是现代海洋中最大的还原性碳库，其碳当量与大气CO2库相当，在全球碳循环与气候动力学中扮演着关键角色。已有研究表明，地质历史时期古海洋DOM库的规模可能是现在的100-1000倍，并在地球环境和生命协同演化进程中可能发挥了更为关键的作用。然而，长期以来因缺乏直接、可靠的定量表征手段，古海洋DOM库的规模、组成与演化过程至今仍是未解之谜。现有研究主要依赖碳酸盐碳-氧同位素、氧化还原指标、元素富集特征及碳循环模型等间接证据进行推演与评估，且相关研究多基于高度简化的理想模型，导致DOM相关结论存在较强的多解性与不确定性。Galili等人2025年在Nature期刊上发表的铁鲕粒共沉淀有机质指标，虽可实现对古海洋DOM库的直接定量分析，但铁鲕粒仅形成于浪基面以上的浅层氧化水体，且在前寒武纪地层中分布极为稀少，该指标在实际地质应用中存在显著的时空局限性，研究结果缺乏说服力。因此，建立一种能够直接对不同水深古海洋DOM库进行系统性和高分辨率定量研究的表征指标成为突破古海洋DOM研究瓶颈的关键。
2. 技术突破：CAFDOM分析方法的建立
针对古海洋DOM定量研究缺乏高效指标这一“卡脖子”难题，李超教授团队创新性地将“三维荧光光谱测试-平行因子分析”这一现代环境分析技术应用于古老碳酸盐岩研究。经过多年技术攻关，团队研发了一套标准化的碳酸盐岩地质样品DOM提取与检测流程。该方法的核心独创性在于实现了“精准分离-靶向提取-精确定量”三位一体的技术突破：首先通过高温灰化预处理，有效消除碳酸盐岩中非碳酸盐相（如粘土）赋存有机质及晶间有机质的干扰；进而利用弱酸选择性溶解释放被封存在碳酸盐矿物晶格内部的有机质；最终借助三维荧光光谱测试-平行因子分析技术，对提取出的荧光溶解有机质进行可靠的组分识别与浓度定量。该流程已在模拟碳酸盐岩样品中验证了其方法学的可靠性，表现出优异的重复性（各组分相对标准偏差小于11%）和高提取率（平均超过80%）。
3. 重要发现：CAFDOM对海水DOM的响应机制与重建方法
团队通过实验室可控条件下的合成碳酸盐实验研究，首次系统揭示了CAFDOM各荧光组分含量与母液DOM浓度之间呈现三种明确的响应模式（图1），表明DOM浓度（注：模型DOM为富里酸）对其分子构象及聚集行为具有关键调控作用。具体表现为：在模式1（0-0.4 g/L）浓度区间，DOM以自由分子状态存在，CAFDOM各组分含量随浓度升高呈指数增长；在模式2（0.4-1.4 g/L）浓度区间，DOM开始发生分子聚集，CAFDOM开启新一轮指数增长；在模式3（>1.4 g/L）浓度区间，DOM形成胶体态，CAFDOM仅呈弱线性增长。更重要的是，研究发现分子量较小的类色氨酸组分（C1组分）在碳酸盐中保存能力最强，而分子量较大的类腐殖质组分（C3组分）保存能力相对较弱。该发现为理解DOM在古海洋中的赋存状态及其在碳酸盐矿物中的保存机制，提供了重要的实验依据。基于此，研究提出了利用不同CAFDOM组分的含量比值（C3/C1、C2/C1；注：C2代表了DOM分子量位于C1和C3之间的组分）作为“分子指纹”，来约束古海水DOM浓度区间和分子组成特征的定量重建方法。
图1 合成矿物CAFDOM含量、C2/C1及C3/C1与母液富里酸浓度散点图，水平灰色虚线代表C1、C2和C3含量的参考检测限（注：2 g/L富里酸溶液的TOC浓度，相当于现代海洋溶解有机碳浓度的1000倍）
4. 地质应用与验证：从现代钻孔到埃迪卡拉纪深时海洋
研究团队将该方法应用于具有已知成岩历史的IODP（国际大洋钻探计划）钻孔样品以及中国南方埃迪卡拉纪陡山沱组（~5-6亿年前）的古老碳酸盐岩样品，系统评估成岩作用影响并进行地质应用验证。
成岩作用影响评估：基于IODP碳酸盐岩样品研究，明确了原始CAFDOM记录会受文石重结晶、自生碳酸盐沉淀及交代白云石化作用的影响。这为实际地质应用中筛选合适样品、识别和校正成岩作用叠加信号提供了关键依据。
地质应用验证：在保持完好的陡山沱组碳酸盐岩样品中成功检测到有效的CAFDOM信号（图2），且各组分含量与碳同位素（δ13Ccarb）记录表现出协同性。这初步证实了CAFDOM指标能够捕捉深时海洋DOM库的动态变化，为验证“新元古代古海洋大型DOC库”等假说提供了直接的地球化学证据。
图2 九龙湾剖面陡山沱组20件样品的δ13Ccarb值与C1、C2和C3含量散点图，水平灰色虚线代表C1、C2和C3含量的参考检测限
5. 研究意义：开启古海洋DOM研究新维度
本研究研发的CAFDOM指标，实现了古海洋DOM性质与浓度的直接定量重建。与存在显著时空应用局限的铁鲕粒共沉淀有机质指标相比，CAFDOM指标具有更优的时空适用性优势。该指标依托广泛发育、沉积环境多样的碳酸盐岩地层，能够对地质历史时期从陆架至盆地相不同水深海洋环境下DOM的时空演化进行高分辨率直接定量重建。该项研究成果填补了古海洋DOM库定量研究的技术空白，为解析古海洋DOM库的规模、组成和演化提供了全新技术手段，将有力推动地球碳循环及地球环境与生命协同演化研究的进步。
王威博士后为论文第一作者，李超教授为唯一通讯作者。合作研究人员包括成都理工大学徐浩副教授、程猛研究员、张子虎高级实验师、杨春霞实验师、胡军高级实验师、王海洋研究员、陈欣阳研究员，澳大利亚西澳大学Matthew S. Dodd博士和德国波鸿鲁尔大学Adrian Immenhauser教授。本研究得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目、高等学校学科创新引智计划（“111”计划）项目和四川省自然科学基金项目联合资助。
论文信息：Wang, W., Li, C., Dodd, M. S., Xu, H., Cheng, M., Zhang, Z., Yang, C., Hu, J., Wang, H., Chen, X., Immenhauser, A., 2026. Carbonate-associated fluorescent dissolved organic matter (CAFDOM): Establishing a new proxy for dissolved organic matter in ancient oceans. Geochimica et Cosmochimica Acta. doi.org/10.1016/j.gca.2026.03.006.
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703726001523
文/编辑：杨春霞
校审：王威、李超
