黑碳主要来源于生物质与化石燃料的不完全燃烧,它在地球上分布广泛,已经在多种环境载体中被发现。黑碳具有很长的环境寿命,可以在海洋系统中存在上万年。前人对海洋中黑碳的研究主要集中在大陆架及浅海地区（水深＜500m）,对半深海和深海区（水深＜6000m）的黑碳也有所涉及,但截至目前对水深超过6000米的深渊区中的黑碳还几乎未有任何报道。这显然与深渊采样的极大挑战性有关。因此,人类对深渊区黑碳的认识几乎是一片空白。研究海沟中的黑碳有助于认识深渊区有机碳的来源、分布、含量、通量、运输过程、沉积时间等科学问题,并有助于评估深渊碳循环在全球海洋中的地位,甚至揭示长期困扰海洋学界的海洋中的“陆源有机碳失汇”问题。基于以上考虑,本研究以地理分布广泛的六条深渊海沟为对象,包括马里亚纳海沟、玛索海沟、新不列颠海沟、布干维尔海沟、克马德克海沟和阿塔卡马海沟,收集了这些海沟轴部以及临近深海平原/半深海斜坡的沉积物样品,在实验室使用CTO-375法对22个表层沉积物及阿塔卡马海沟的两根柱状沉积物（A9和A10）的黑碳及总有机碳含量进行了定量分析,并结合总有机碳和黑碳的稳定碳同位素(δ13C)、放射性碳同位素(Δ14C)以及沉积速率,评估了深渊区沉积物中黑碳的分布特征、来源及埋藏通量。研究结果显示:海沟表层沉积物中黑碳和总有机碳的分布存在高度的空间异质性。在22个表层沉积物中,黑碳的含量在0.011%～0.178%之间,极值相差约16倍。表层沉积物中黑碳的δ13C（-25.1±1.2‰）表现出明显的C3陆生植物的典型特征。同时,黑碳含量对总有机碳的放射性碳年龄也有着有重要影响,绝大部分的黑碳的14C年龄都远大于共同沉积的总有机碳,而且总有机碳的14C年龄会随着黑碳在总有机碳中的占比增加而增加;与非黑碳的有机碳相比,保存在深海沉积物中的黑碳通常来自较老的抗降解碳源。基于Δ14C的双端元混合模型表明化石碳(ffossil)是海沟表层沉积物黑碳的主要来源,贡献了38～90%（64±16%）的黑碳,而生物质燃烧(fbiomass)占黑碳的10～62%（36±16%）。其中,fbiomass的平均值在新不列颠海沟和布干维尔海沟处最高（50～60%）,在马里亚纳海沟和玛索海沟处居中（30～40%）,在阿塔卡马海沟和克马德克海沟处最低（＜30%）。这个结果与区域社会经济发展、植被覆盖度和离岸距离有关,发展中国家和偏远地区的生物质燃烧贡献更大（如新不列颠海沟和布干维尔海沟）,而发达国家或人口、贸易繁荣的城市化石碳燃烧的贡献更大（如克马德克海沟和阿塔卡马海沟的大部分站位）。陆地有机碳的输入、初级生产力的高低及海沟复杂的环境条件会导致BC/TOC比值的变化并使其分布不均。例如克马德克海沟临近发达国家（新西兰和澳大利亚）,这些国家经济发达,严重依赖化石燃料。因此,化石燃料燃烧产生的黑碳排放量和输入量会显著的增加,造成了克马德克海沟拥有最高的BC/TOC比值;在阿塔卡马海沟,上升流诱导的较高的初级生产力将大量海洋非黑碳的有机碳输入到海底,并且阿塔卡马沙漠上的贫瘠的土地很少提供新鲜的陆源有机碳,但大多数阿塔卡马海沟的站位点靠近智利北部的港口城市安托法加斯塔,以及阿塔卡马沙漠地区频繁的采矿活动,可能贡献了相当数量的化石燃料燃烧和岩石风化的黑碳,这导致了阿塔卡马海沟沉积物中的BC/TOC比值处于中等水平。而新不列颠海沟和布干维尔海沟中最低的BC/TOC比值表明,沉积物中的总有机碳主要来自非黑碳的有机碳,如热带森林的陆地物质以及由光合作用主导的海洋浮游生物制造的有机物。同时,由于海沟内部复杂的环境条件,如浊流、内部潮汐和复杂的地形,同样造成深渊海沟内部BC/TOC分布的不均匀。深渊区不仅是一个重要的沉积中心,而且是一个重要的黑碳埋藏中心。由于目前对深渊海沟黑碳研究的匮乏,前人可能大大低估了深海（包括深渊）在全球碳循环和黑碳埋藏的重要性。本研究基于五条海沟（马里亚纳海沟、新不列颠海沟、布干维尔海沟、克马德克海沟和阿塔卡马海沟）数据计算得到黑碳累积速率的平均值为0.30±0.17 g m-2 yr-1,将这五条海沟的黑碳累积速率的平均值乘以全球深渊区的表面积（约4×10~6km~2）,得到全球深渊区黑碳的埋藏通量为1.19±0.70 Tg yr-1。这个数值大约是先前估计的全球深海黑碳埋藏通量的2倍。本研究的结果将全球海洋黑碳埋藏通量的估算值从10.23 Tg yr-1提高到11.42Tg yr-1。其中,全球深渊区黑碳占全球海洋黑碳埋藏通量的10.4±6.1%。采用同样的方法,全球深渊区有机碳的埋藏通量为21.7±20 Tg yr-1,高于先前12 Tg yr-1的估计值,占全球海洋有机碳埋藏量的11.3±10.4%。本论文还以阿塔卡马海沟的两根柱状沉积物为对象,分析了总有机碳和黑碳的含量和碳同位素(δ13C、Δ14C)。其中总有机碳的δ13C值表明海洋浮游植物是一个主要的输出源（A9为-21.5±0.1‰,A10为-21.74±0.3‰）。而黑碳的δ13C明显偏负,显示了陆地C3植物的特征（分别为-26.1±0.4‰和-26.2±0.4‰）。对比两根柱状样后发现,由于离黑碳来源区域的距离差异,近陆的柱状沉积物（A9）中黑碳的含量以及占总有机碳的比例（0.15±0.03%,15.7±3.7%）会显著高于深渊柱状沉积物（A10;0.12±0.02%,12.6±2.4%）。同时,海沟内部不稳定的沉积环境,如高强度的地震活动,海底滑坡、浊流等会造成深渊海沟沉积物的总有机碳和黑碳含量随埋藏深度出现快速变化,使得柱状沉积物的总有机碳、黑碳剖面分布出现不一致的趋势,这进一步证明了海沟内部沉积有机质的高度异质性。