采泥器从四千米海底提上来，倒出的是一管乳白色的软泥，手指一捻有细砂感。显微镜下，这些颗粒是破碎的硅藻壳与放射虫骨架，主要成分是含水二氧化硅。它们不是从陆地冲来的砂，而是从表层海水里一具一具沉下来的。
硅在岩石里排第二，进海水却要靠风化慢慢放
硅是地壳中丰度第二的元素，质量占比约 28%，绝大多数锁在石英与硅酸盐矿物里。岩石风化把硅变成溶解硅酸，随河水入海，这条无机通道每年输送的量有限，却是海洋硅的唯一外部来源。河流把硅带到海口，一部分被硅藻就地用掉。
溶解硅没有气相，也不参与氧化还原，它的循环比氮、硫简单得多。麻烦在于它被生物抢得太快：只要光照与营养跟得上，硅藻会在几天内把表层水的硅抽到接近零。这条循环的戏剧性，全在生物的取用速度上。
表层海水几乎不含溶解硅，是硅藻抽干的
太平洋表层溶解硅常低于 2 微摩尔每升，深层却可以到 170 微摩尔每升，相差近百倍。这个梯度不是物理混合造成的，而是生物泵一层层把硅搬到深处，靠死亡壳体与粪粒沉降完成搬运。这个梯度也是深层水上涌时能带来硅的原因。
硅藻贡献了海洋初级生产的四成上下，是硅循环里最重要的生物。它们的壳由蛋白石构成，壁上有细密的孔纹，形状像圆盘、针、星，这些壳沉到海底，就成了硅质沉积的主体。壳的密度比水略大，下沉时不会停在半路。
硅藻死后壳体溶解，只有百分之几埋进沉积物
蛋白石在水中不稳定，壳体下沉时就开始溶解，穿过水柱能剩下的不到一半。到海底后，大部分继续溶在孔隙水里，真正埋进沉积物的只有生产量的百分之几，全球海洋硅的停留时间因此有一万到两万年。孔隙水里的硅浓度比海水高得多。
埋下去的蛋白石在成岩过程中脱水，逐渐转成石英与方石英。这个转变不可逆，老地层里的硅质岩因此坚硬致密，敲开是贝壳状断口，与疏松的硅藻土判然不同，这也是识别古老硅质沉积的关键。硅藻土疏松多孔，能吸附自重数倍的水。
判断硅泵强弱要看沉积物里的蛋白石，不是水柱浓度
水柱里的溶解硅浓度只说明当下的收支，不能说明长期搬运。要看硅泵的强弱，得看沉积物里蛋白石的含量与堆积速率，硅质软泥通常要求蛋白石超过三成，堆积速率要按干密度与年代模型换算，南大洋的样品可以达到七成。
另一个指标是锗硅比。陆源风化带来的锗硅比约 1.3，热液来源高一个量级，硅藻吸收时又会分馏，把这三个端元的比例测出来，就能判断这段沉积里的硅来自哪里。分馏让表层与深层的比值不同，读的时候要分开。
关键数据
硅循环的规模与门槛，可以压成下面几条。
- 硅在地壳中的质量占比约 28%。
- 太平洋表层溶解硅低于 2 微摩尔每升。
- 太平洋深层溶解硅可达 170 微摩尔每升。
- 硅藻贡献海洋初级生产约 40%。
- 硅质软泥要求蛋白石含量超过 30%。
- 南大洋硅质软泥蛋白石可达 70%。
- 海洋硅的停留时间 1 万到 2 万年。
- 陆源物质的锗硅比约 1.3。
海绵骨针与放射虫也产蛋白石，蛋白石含量就不等于硅藻产量
蛋白石不是硅藻的专利。海绵骨针、放射虫、硅鞭藻都建硅质骨架，深海沉积里它们可以占相当比例。把蛋白石含量直接换算成硅藻生产力，会把这几类的贡献一并算进去，高估硅藻的作用。
本文判断：要用蛋白石反演硅藻，得先看生物组合与形态，再用沉积物捕获器校准埋藏效率。只报一个蛋白石百分数，读者无法判断这段沉积记录的是硅藻爆发，还是海绵与放射虫的堆积。
参考文献
- Tréguer P J, De La Rocha C L. The world ocean silica cycle. Annual Review of Marine Science, 2013.
- De La Rocha C L, Brzezinski M A, DeNiro M J. A first look at the distribution of the stable isotopes of silicon in natural waters. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2000.
- Hurd D C. Interactions of biogenic opal, sediment and seawater in the Central Equatorial Pacific. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1973.