劉佳碩，李 倩

河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第八地質(zhì)大隊(duì)(河北省海洋地質(zhì)資源調(diào)查中心)

由于許多富含硫的有機(jī)物易于揮發(fā)，能夠經(jīng)過(guò)海-空界面而直接進(jìn)入大氣中，從而參與了對(duì)硫的全球利用循環(huán)，并對(duì)世界各地范圍內(nèi)的氣候和酸雨形成等產(chǎn)生重大的影響。因此，研究海水中有機(jī)硫的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程及它們遷移變化的規(guī)律，正日益受到海洋科學(xué)技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。根據(jù)有機(jī)硫循環(huán)的一些相關(guān)研究數(shù)據(jù)，海洋自然硫的釋放總量大約占世界各地自然硫的總收支總量的50%以上。在各種有機(jī)揮發(fā)性硫化物中，DMS已經(jīng)被公認(rèn)為是海洋中最占據(jù)主導(dǎo)地位的有機(jī)揮發(fā)性硫化物，其通量可以占到整個(gè)海洋中有機(jī)揮發(fā)性硫化物釋放總數(shù)的55%～80%。對(duì)DMS在海洋中的含量情況和硫化物含量狀態(tài)等數(shù)據(jù)展開(kāi)分析，這也是研究世界大氣硫循環(huán)的主要依據(jù)。

1 DMS生產(chǎn)與降解的基本過(guò)程

海水中能夠保留一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的DMS含量，這主要是由DMS的生產(chǎn)和DMS的去除兩個(gè)環(huán)節(jié)過(guò)程共同發(fā)揮作用的結(jié)果(具體參數(shù)見(jiàn)圖1)。DMS的生成和降解在DMS的研發(fā)以及降解環(huán)節(jié)中都有著十分重要的意義。海洋生物可以利用某些藻類的細(xì)胞已經(jīng)發(fā)生衰老而導(dǎo)致死亡或者因?yàn)槿肭侄徊妒常?xì)胞內(nèi)的DMSP即二甲基巰基丙酸是一種化學(xué)式為(CH3)2SCH2CH2COO的有機(jī)化合物，常以內(nèi)鹽形式存在于海洋浮游生物、海藻中，它從海洋中釋放出來(lái)并再次送入海水中，然后再借助于其他微生物的活動(dòng)通過(guò)相互反應(yīng)將DMSP轉(zhuǎn)化為DMS，DMS的海一氣在大陸上的擴(kuò)散及光化學(xué)的氧化都可以是一個(gè)特殊的化學(xué)過(guò)程，但是在海水中DMS被完全去除的主要手段之一便是微生物進(jìn)行降解[1]。

圖1 DMS生產(chǎn)與去除的主要途徑

2 DMSP的合成

海洋中的DMS主要是通過(guò)生物活動(dòng)產(chǎn)生的，約95%的DMS來(lái)自浮游生物的生產(chǎn)與轉(zhuǎn)化。DMS的前體DMSP為藻類的一種硫代謝產(chǎn)物。綠胞藻綱、綠藻綱、隱藻綱、裸藻綱的DMSP成分含量則比較低。硅藻中DMSP的含量通常比較少，然而其中一些直鏈藻所產(chǎn)生的DMSP更為豐富。在大型海洋的藻類中，滸苔、松帶青石帶、紅藻綱的多管藻等DMSP的含量比較多。值得一提的是，海洋中的藍(lán)藻DMSP的含量極其稀缺，而且海洋中的淡水藍(lán)藻卻僅僅包含了一定量的DMSP。由于浮游生物以及各種巨大的藻類綜合生產(chǎn)制成的DMSP能夠順利地沿食物鏈延伸，在枝角類、磷蝦、魚、企鵝以及一些哺乳類動(dòng)物中都能找到DMSP。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，蛋氨酸可以通過(guò)脫氨基、脫羧基、氧化、甲基轉(zhuǎn)換而成DMSP，然而這種反應(yīng)的時(shí)間及中間產(chǎn)物尚不清晰。在wollastonia biflora中，已經(jīng)確認(rèn)s-甲基蛋氨酸作為DMSP生成途徑中的第一種中間體，藻類細(xì)胞內(nèi)DMSP的濃度及其在海水中的鹽量平行改變。

DMSP在細(xì)胞內(nèi)一般以陽(yáng)離子的形態(tài)出現(xiàn)并存在，不易直接穿透細(xì)胞膜，可以充分地在細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行滲透和積累，從而對(duì)細(xì)胞的滲透和壓力起著重要的調(diào)控作用。DMSP可以有效地抑制介質(zhì)中的無(wú)機(jī)離子，具有對(duì)酶的保護(hù)作用，同時(shí)它與線粒體的高度穩(wěn)定性、線粒體氧化磷酸化等其他生理活性都是密切相關(guān)的[2]。

3 DMS的時(shí)空分布

海洋微表層主要指在地球海-氣之間的邊界面幾十至幾百微米之間形成一定厚度的薄膜，與海水層本身相比，微表層本身具有許多獨(dú)特的生命和化學(xué)屬性，對(duì)許多的生物都具有豐富的生命活動(dòng)屬性。微表層可能對(duì)DMS也可能會(huì)對(duì)次表層產(chǎn)生明顯的富集效應(yīng)，與次表層相比，富集的程度最高甚至可達(dá)3～5倍，并且發(fā)現(xiàn)DMS在微表層中的富集程度與葉綠素a及營(yíng)養(yǎng)鹽和DOC的富集程度相關(guān)，以及因?yàn)楸倔w海水的垂直擴(kuò)散和鼓泡效應(yīng)的影響，導(dǎo)致DMS在海洋環(huán)境中微、次表層之間含量有些差異。

在DMS的垂直水平分布中，較淺的透光層之下，DMS的濃度已經(jīng)變得小于0.1 nmol/L就是從這個(gè)事實(shí)上可以說(shuō)明，DMS主要是一種存在于海洋的真光層。葉綠素a最大微生物濃度所需要相對(duì)應(yīng)的地點(diǎn)位置和其深度一般也都被認(rèn)為是這一較高濃度的浮游微生物或區(qū)域，然而高濃度的DMS之所以在這里沒(méi)有明顯的存在，就是因?yàn)檫@里的浮游生物一般都不是DMS的主要釋放者[3]。

DMS在表面層海洋中的分配方式也顯示了它們的周期性改變及其季節(jié)性改變。DMS的通常是白天高、夜晚低，最大排放率一般會(huì)發(fā)生在16:00—20:00，最低則出現(xiàn)凌晨4:00.由此我們可得DMS的周期性氣溫和濕度變化與浮游生物活動(dòng)規(guī)律密切相關(guān)，故主要是由于日光照射對(duì)溫度的影響。而且由于海水表層DMS含量的濃度也已經(jīng)是因?yàn)槭艿搅艘粋€(gè)季節(jié)性的影響，DMS的含量在春夏兩個(gè)時(shí)期相對(duì)較高，冬季都能夠達(dá)到極端的最低值。但在熱帶海域，DMS的季節(jié)變化幅度要比高緯度地區(qū)小得多，其表層海水中DMS平均濃度在季節(jié)與年度上基本保持恒定。

4 DMS的釋放對(duì)環(huán)境和氣候的影響

對(duì)自然環(huán)境和其氣候的作用影響主要可分為兩個(gè)基本方面：第一，從海洋中釋放出來(lái)的DMS在其大氣中的含量之多，足以影響硫的平衡，從而導(dǎo)致酸雨的現(xiàn)象，已經(jīng)出現(xiàn)了一些與此相關(guān)的科學(xué)證據(jù)，這些物質(zhì)中的硫和其他物質(zhì)在海洋中所產(chǎn)生的大量生源硫極其有可能通過(guò)對(duì)大氣進(jìn)行循環(huán)凈化運(yùn)輸至其他國(guó)家和地區(qū)。對(duì)于天然沉降物來(lái)說(shuō)，在酸度產(chǎn)生上起著至關(guān)重要的作用。由此可以看出DMS是一種作為其主要原料在海洋環(huán)境中的一種有機(jī)質(zhì)。它是通過(guò)大氣運(yùn)輸將其與水進(jìn)行反應(yīng)氧化，從而直接地對(duì)其進(jìn)行影響，作為大氣環(huán)境DMS的一種有機(jī)氧化反應(yīng)品，它也被廣泛認(rèn)為是酸雨等各種有害物質(zhì)的主要來(lái)源，對(duì)于風(fēng)暴和雨水酸度的影響約為40%。尤其是在遠(yuǎn)離自然燃料和放射性地方，DMS的一種氧化反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)被廣泛認(rèn)為是自然沉降物中可能含有過(guò)量酸度的重要原因。第二，DMS的海-空氣流通性能的提高將會(huì)直接導(dǎo)致全世界很多國(guó)家和地區(qū)負(fù)溫室效應(yīng)的產(chǎn)生，全球溫度也將可能會(huì)隨之有所下降。海洋輸送到大氣中的DMS經(jīng)過(guò)快速氧化后所形成的硫酸鹽氣溶膠一直都是海洋大氣中云凝結(jié)核的主要來(lái)源，DMS在進(jìn)入大氣后被快速氧化變?yōu)榉呛｛}硫，形成了氣溶膠，增加了云凝結(jié)核的數(shù)量，而它的增加又提高了云對(duì)于陽(yáng)光的輻射率，地球上的熱量也有所減少，那么整個(gè)世界平均溫度也就隨之改變。因此，有關(guān)海洋大氣中DMS-硫酸鹽氧化反應(yīng)產(chǎn)物的輻射效應(yīng)以及它們?cè)诟鞣N環(huán)境和氣候條件中所可能產(chǎn)生的作用和影響，正在逐步受到世界和社會(huì)的廣泛重視，而這些硫酸鹽氧化反應(yīng)的綜合利用與循環(huán)是這個(gè)問(wèn)題的首要環(huán)節(jié)[4]。

針對(duì)DMS含量的增加而導(dǎo)致的全球環(huán)境和大氣候發(fā)生變化這一嚴(yán)重現(xiàn)狀，研究的急迫性刻不容緩。DMS的釋放肯定會(huì)對(duì)氣候產(chǎn)生影響，只是現(xiàn)在人們對(duì)某些環(huán)節(jié)可能還認(rèn)識(shí)不夠，尤其是由于溫度的變化而對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境和海洋浮游植物種類所產(chǎn)生的影響還缺乏直接的證據(jù)，因此也就無(wú)法預(yù)測(cè)由于溫度的變化對(duì)DMS的生產(chǎn)過(guò)程和速率帶來(lái)的影響[5]。總之，海洋中DMS在各類水體占有著非常重要的位置，我們還需要探究海洋中DMS的生物生產(chǎn)與消耗，了解它們?cè)诤Ｑ蟮墓δ芘c作用。

5 小結(jié)

綜上所述，海洋中的DMS在各種環(huán)境中都有很大的作用。為了能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)到海洋中的生源性硫?qū)τ跉夂蚺c環(huán)境所可能產(chǎn)生的影響，人們?nèi)孕枰钊肓私馊绾慰刂坪Ｋ蠨MS生物化學(xué)循環(huán)的若干步驟。雖然海水中DMS的形成與分布、遷徙及其變動(dòng)的途徑是非常復(fù)雜的，但是只要我們對(duì)此進(jìn)行大量的調(diào)查和研究，它們最終都能被我們認(rèn)識(shí)。