​化學風化作用調控地質時間尺度的碳循環與氣候變遷，然而此作用並不僅侷限於礦物的溶解（前情說明：https://www.geomicrobes.com/focus/mountain-carbon/breathable-mountain-1），其中岩石源有機碳 (petrogenic organic carbon) 的風化作用，更被倡議可能對全球尺度碳循環產生重要的影響。

 

岩石源有機質泛指陸源有機質（例如土壤、岩石碎屑顆粒）或源自海洋表層之生物碎屑，經成岩甚而變質作用形成或殘餘的有機質。細就其成因，這些有機質隨著沈積顆粒經過水營力的搬運，最終沉降於海床，並逐步經歷埋藏所造成的壓密、膠結作用，最終變成岩石的一部分。持續的埋藏，與沈積岩結合之有機質則經歷更高溫壓條件的變質作用。於成岩甚至變質作用溫壓的上升過程，有機質中的揮發份 (volatile) 亦逐步被移除，並促使殘餘份 (residue) 聚合化 (polymerization)，形成更高成熟度的有機質，甚至不同結晶度的石墨質，於極致的變質溫壓條件，高結晶度的石墨被完全的氧化，形成二氧化碳（即所謂去碳變質作用，decarbonation）。經高溫壓聚合反應形成的岩石源有機質，雖然其量體十分驚人（>10^15 ton-C)，一般認為其可被水解的官能基含量低，反應活度十分低，不容易被微生物分解的，因此被屏除於全球碳循環的考量。

 

然而這樣的概念正逐漸被打破。近年來部分研究嘗試利用河水的溶解錸 (rhenium) 或沈積物碳十四含量作為岩石源有機質氧化的代用指標，它們的分析結果顯示，全球岩石源有機質氧化的速率可達 ~70 Mton-C/yr，若假設反應最終產物為二氧化碳，則此作用的碳排放是足以與矽酸鹽風化 (90–140 Mton/yr) 或生物碳埋藏 (170 Mton-C/yr) 所造成的碳移除速率匹配。此作用代表微生物作用將藏於地層有機質活化與氧化，產生二氧化碳並釋放至大氣，造成碳的淨排放，進而對於全球暖化形成正回饋。這些代用指標的結果，代表集水區整體的錸或碳十四收支，建築於大河系統地貌較為穩定且土壤發育較為完整的概念上，並顯示岩石源的氧化作用不僅於土壤化過程進行，更因足夠的滯留時間，亦發生於河水的傳輸過程或沖積扇沈積物的暫存。高山小河系統，地形陡峭、侵蝕快速、土壤發育程度十分低、河道傳輸快速，與大河系統特徵大相歧異，代用指標的適用性、岩石源有機質（甚至石墨碳）風化發生的位置多屬未知，亟需結合不同的工具以完備岩石源有機碳風化對於碳循環的影響。

  

為了回應這樣的問題與目標，我們選擇台灣東部的卑南溪系統為我們的目標場域，採集上游區域的土壤與岩石、流域各河段之懸浮沈積物與河道底載、近岸表層沈積物，並運用拉曼光譜儀分析含碳物質之成熟度或石墨化程度，並將特徵峰（例如 G 或 D1 峰）之光譜特徵轉化成變質溫度與峰寬，探討成熟度變化。我們的分析結果顯示岩石（板岩與片岩）的石墨化程度最高，其對應變質溫度甚至可達580度；而土壤則呈現較高比率的低石墨化程度的顆粒，顯示土壤化作用是可降解石墨，降低石墨化程度，產生較多缺陷石墨質碳的特徵 (disordered graphitic carbon) ，並對應至較高的碳十四含量，兩者的負關聯，進一步指示了現代時間尺度的初級生產作用，提供了『好用的新鮮』有機質，驅動甚至加速『較難用』的岩石源有機質風化作用的進行。若假設風化作用是達成穩態，則這樣透過有機質交互作用之滯留時間尺度可能僅達數十年。

 

相較之下，河道沈積物的石墨化程度並未因上或下游、懸浮載或底載有顯著不同，並與岩石的特徵類似；而河岸的沈積物亦與河道沈積物或岩石特徵雷同。這樣資料的特徵反應沈積物於河流系統的滯留時間短，並不足以進行岩石源有機碳降解，同時也顯示我們獲得的拉曼光譜特徵，可以用於指示來源區。

  

海洋沈積物的石墨化程度，則與其被搬運的距離越大成正比，與水力淘選、風化作用造成的趨勢並不吻合，最可能肇因於微生物分解較多結晶缺陷的石墨質碳，而使得遠端沈積物含高比例的高石墨化程度的碳。類似的拉曼光譜特徵變化趨勢，也與橫跨一千公里以上的亞馬遜河流域的上下游沈積物、喜馬拉雅山系Brahmapura河至孟加拉灣海底三角洲沈積物特徵變化類似，顯示即便於島嶼小河系統，沈積物的搬運距離不及二百公里，也可產生類似大河系統與其連結海洋環境的岩石源有機碳氧化作用。

  

我們針對礦物相的光譜分析也發現，高成熟度的石墨質碳較不易被微生物分解，相較於長石與雲母，石英與金紅石提供了石墨質碳較高的保護力，反之，雲母幾乎在沈積物搬運過程中消失殆盡，使得與之結合的岩石源有機碳完全曝露於河水或是海水，可能遭受更高程度的氧化分解。

 

最後，我們利用碳十四活度的質量平衡模型，估算此流域岩石源有機質的氧化比例可達40–70%，若考慮造山抬升運動曝露出的新鮮岩石或侵蝕作用產生的碎屑有機物質，可供給微生物進行分解作用，則岩石源有機質的氧化通量可達20–35 ton-C/km2/yr，這樣的速率遠大於大河系統的通量（兩個數量級以上），相較於其他造山帶的小河系統，此通量亦於同一數量級的高值範圍。若進一步考量海洋傳輸與埋藏過程，則由山脈至海洋代表沈積物源至匯的傳輸，可產生更驚人的岩石源有機質氧化速率。這樣的通量與同流域伴隨黃鐵礦氧化風化作用產生的碳排，或侵蝕與埋藏生物源碳所造成的碳匯雷同，更遠高於矽酸鹽風化產生的碳匯。我們的研究顯示台灣山脈小河流域的岩石源有機碳氧化作用，是自然碳排重要的貢獻者，更應納入全球碳循環的量化模型。

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論文來源：

Lien, W.-Y., Chen, C.-T., Lee, Y.-H., Su, C.-C., Wang, P.-L., and Lin, L.-H. (2025) Two-stage oxidation of petrogenic organic carbon in a rapidly exhuming small mountainous catchment. Communications Earth and Environment, 6, 45. https://doi.org/10.1038/s43247-025-02015-8.