海洋生物碳泵(BCP)与古气候的关系是碳循环研究的一个核心科学问题。本文利用罗斯海沉积物总有机碳(TOC)和一些重要的类脂化合物所隐含的生态学特性,即那些可引起海底沉积碳库组成和海洋BCP(包括生物泵BP和微型生物碳泵MCP)效率改变的...海洋生物碳泵(BCP)与古气候的关系是碳循环研究的一个核心科学问题。本文利用罗斯海沉积物总有机碳(TOC)和一些重要的类脂化合物所隐含的生态学特性,即那些可引起海底沉积碳库组成和海洋BCP(包括生物泵BP和微型生物碳泵MCP)效率改变的分子生物标志物,从罗斯海现代海洋出发,追溯到末次冰期以来(27~0.6 ka BP)古海洋生物碳泵演化(重点讨论BP和MCP)及其与一些重大地质事件的联系。研究结果表明:(1)罗斯海表层沉积物中相对高的TOC和较低C/N比值、以及正构烷烃色谱峰型、主峰碳、分子组合特征低碳数和高碳数比值(L/H)和(nC_(21)+nC_(22))/(nC_(28)+nC_(29))比值、低碳烃(nC_(15)+nC_(17)+nC_(19))、中碳烃(nC_(21)+nC_(23)+nC_(25))和高碳烃(nC_(27)+nC_(29)+nC_(31))、细菌(BrGDGT)和较低的陆源土壤指标(BIT)一致性表征海源有机质贡献占主导地位,通过海洋BP和MCP效应将内源有机碳输送到海底进行长期储存;Pr/Ph比值结合Ph/nC_(18)和Pr/C_(17)比值均表明表层沉积物为还原-强还原性的缺氧环境,有利于海底储存有机碳,同时还与海冰消融关系密切。(2)利用低温校正公式TEXL_(86)^(L)-SST[式(2)]反演现代的海洋表层温度(SST),并与WOA-SST(3月)表层水体温度较接近(R^(2)=0.78,p<0.01,n=15);同时利用TEXL_(86)^(L)-SST-2重建罗斯海JB03岩芯末次冰期以来的古海洋温度在-0.74~2.86℃范围(平均为1.03℃),接近现代南极罗斯海夏季温度。(3)JB03岩芯记录年代为27.27~0.6 ka BP,分为末次冰盛期(27.3~21 ka BP)、末次冰消期(21~11.7 ka BP)和全新世(11.7~0.6 ka BP)3个地质历史时期。末次冰期古海洋受冰盖和海冰限制作用的影响,初级生产力低下、沉积速率仅为0.45 cm/ka、Pr/Ph比值、Ph/nC_(18)和Pr/nC_(17)反映沉积环境氧化性较强、不利于MCP和BP储碳,在寒冷气候时段碳储量潜力降低;进入全新世暖期,冰架退缩解体,温暖的气候条件有利于浮游植物生产力和硅藻增加、浮游动物增加及影响粪便物质组成和提高沉降速率,促进有机碳向深海的输送加快,海底沉积为弱还原-弱氧化环境,有利于碳保存;硅藻生物量提高就意味着硅质泵加强,进而微生物活性增强、促进古菌和细菌生长,因而微生物总量-GDGTs、产甲烷古菌或广古菌-GDGT-0、奇古菌-Crenarchaeol生物量大大提高,显示罗斯海全新世以来古海洋BP和MCP作用大大加强,且古海洋BP与现代海洋均以硅藻/硅质泵为绝对主导。研究还发现,罗斯海末次冰期和全新世以来的古海洋BP和MCP储碳效率变化均与古海洋地质事件,即全球性大尺度的气候变化有关,这个碳库的大小与气候冷暖之间存在对应关系,罗斯海古海洋调节大气CO_(2)的能力,尤其在全新世暖期最强,这对于认识全球气候变化的海洋调控机制具有重要的科学意义。展开更多
文摘海洋生物碳泵(BCP)与古气候的关系是碳循环研究的一个核心科学问题。本文利用罗斯海沉积物总有机碳(TOC)和一些重要的类脂化合物所隐含的生态学特性,即那些可引起海底沉积碳库组成和海洋BCP(包括生物泵BP和微型生物碳泵MCP)效率改变的分子生物标志物,从罗斯海现代海洋出发,追溯到末次冰期以来(27~0.6 ka BP)古海洋生物碳泵演化(重点讨论BP和MCP)及其与一些重大地质事件的联系。研究结果表明:(1)罗斯海表层沉积物中相对高的TOC和较低C/N比值、以及正构烷烃色谱峰型、主峰碳、分子组合特征低碳数和高碳数比值(L/H)和(nC_(21)+nC_(22))/(nC_(28)+nC_(29))比值、低碳烃(nC_(15)+nC_(17)+nC_(19))、中碳烃(nC_(21)+nC_(23)+nC_(25))和高碳烃(nC_(27)+nC_(29)+nC_(31))、细菌(BrGDGT)和较低的陆源土壤指标(BIT)一致性表征海源有机质贡献占主导地位,通过海洋BP和MCP效应将内源有机碳输送到海底进行长期储存;Pr/Ph比值结合Ph/nC_(18)和Pr/C_(17)比值均表明表层沉积物为还原-强还原性的缺氧环境,有利于海底储存有机碳,同时还与海冰消融关系密切。(2)利用低温校正公式TEXL_(86)^(L)-SST[式(2)]反演现代的海洋表层温度(SST),并与WOA-SST(3月)表层水体温度较接近(R^(2)=0.78,p<0.01,n=15);同时利用TEXL_(86)^(L)-SST-2重建罗斯海JB03岩芯末次冰期以来的古海洋温度在-0.74~2.86℃范围(平均为1.03℃),接近现代南极罗斯海夏季温度。(3)JB03岩芯记录年代为27.27~0.6 ka BP,分为末次冰盛期(27.3~21 ka BP)、末次冰消期(21~11.7 ka BP)和全新世(11.7~0.6 ka BP)3个地质历史时期。末次冰期古海洋受冰盖和海冰限制作用的影响,初级生产力低下、沉积速率仅为0.45 cm/ka、Pr/Ph比值、Ph/nC_(18)和Pr/nC_(17)反映沉积环境氧化性较强、不利于MCP和BP储碳,在寒冷气候时段碳储量潜力降低;进入全新世暖期,冰架退缩解体,温暖的气候条件有利于浮游植物生产力和硅藻增加、浮游动物增加及影响粪便物质组成和提高沉降速率,促进有机碳向深海的输送加快,海底沉积为弱还原-弱氧化环境,有利于碳保存;硅藻生物量提高就意味着硅质泵加强,进而微生物活性增强、促进古菌和细菌生长,因而微生物总量-GDGTs、产甲烷古菌或广古菌-GDGT-0、奇古菌-Crenarchaeol生物量大大提高,显示罗斯海全新世以来古海洋BP和MCP作用大大加强,且古海洋BP与现代海洋均以硅藻/硅质泵为绝对主导。研究还发现,罗斯海末次冰期和全新世以来的古海洋BP和MCP储碳效率变化均与古海洋地质事件,即全球性大尺度的气候变化有关,这个碳库的大小与气候冷暖之间存在对应关系,罗斯海古海洋调节大气CO_(2)的能力,尤其在全新世暖期最强,这对于认识全球气候变化的海洋调控机制具有重要的科学意义。
