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Nature报道海化重点实验室蓝洞碳循环研究成果
发布时间:2020-03-03 浏览次数:221


Nature报道界面

  

        227日出版的Nature杂志以研究亮点Research Highlight的形式报道了海化重点实验室姚鹏教授领衔的蓝洞研究团队的最新研究成果。该团队近期在国际著名地学期刊《JGR: Biogeosciences》上发表了题为《世界最深蓝洞的碳循环过程(Carbon cycling in the world’s deepest blue hole)》的文章。研究发现,世界最深蓝洞南海三沙永乐龙洞具有极低含量的溶解有机碳(DOC)和高含量的溶解无机碳(DIC),放射性碳年龄最老超过8000年,迥异于一般海洋环境Nature》的报道评论认为“The blue hole offers a rare glimpse of unusual ocean conditions, which may help scientists to understand the extreme chemistry of past and future oceans”

  

蓝洞是碳酸盐岩台地中完全被海水淹没的大型海洋洞穴。近岸碳酸盐岩体在海平面低位时出露海面受到溶蚀形成溶洞(喀斯特竖井),全新世高海面时,溶洞充水则形成蓝洞。由于与外界仅通过潮汐交换海水,蓝洞内往往具有较大的生物地球化学梯度,跃层明显,微生物群落与普通海洋环境迥异。在过去的几十年里,针对蓝洞环境的物理、化学和生物特征已经开展了较为丰富的研究,但对于蓝洞内碳循环过程了解却很有限。对于蓝洞内碳的来源、分布、年龄(活性)和迁移转化过程以及蓝洞地形和地球化学特征等对碳循环的影响仍然知之甚少。

  

三沙永乐龙洞Sansha Yongle blue hole)位于南海西沙群岛的永乐环礁中石屿的珊瑚礁坪上。20167三沙航迹珊瑚礁保护研究所傅亮所长带领的科考队探明其水深超过300目前世界上已知最深的海洋蓝洞,比世界上深度第二和第三的蓝洞(巴哈马迪恩斯蓝洞和洪都拉斯伯利兹大蓝洞)分别深98m177m20173月,团队在永乐龙洞开展了多学科综合调查,分析了水文、化学、地质和微生物等多种参数,以研究控制其溶解碳循环的潜在机制。研究表明,永乐龙洞内100m以下是无光、无氧、硫化和产甲烷的环境。DOC含量最低仅有22 µM,显著低于大洋深层水最低的36 µM14C年龄约6810 yr. BP,也比大洋深层水DOC年龄要老。DOC含量最低的层次,硫氧化细菌的相对丰度明显升高,表明在永乐龙洞内碳循环过程与硫循环过程紧密耦合在一起。永乐龙洞内如此低的DOC含量可能为理解深海水中难降解溶解有机碳(recalcitrant DOC, RDOC)的组成和活性(可降解性)提供了新的认识。DIC含量最高达到3090 µM,年龄达8270 yr. BP,均显著高于大洋深层水数值。DIC与碱度变化的比值约为1:1.5,表明有机碳分解(硫酸盐还原)和酸性环境下碳酸盐溶解对于永乐龙洞内DIC的富集同等重要。除此之外,甲烷的厌氧氧化也可能对DIC含量的增加有贡献,但作用可能有限。

三沙永乐龙洞碳循环过程及潜在控制机制概念图


  这些研究结果表明,永乐龙洞是一个不可多得的、独特的天然实验室,对于海洋化学的研究有独特价值和重要意义。从有氧到无氧的梯度转变不但可以用来研究碳循环过程,还可以用来研究多种元素的氧化还原过程,有助于深入理解现代海洋乃至古海洋元素的生物地球化学循环。

  

姚鹏教授为文章第一作者和通讯作者,团队包括中国海洋大学海化重点实验室王旭晨教授课题组、海洋生命学院张晓华教授和海洋地球科学学院杨作升教授及美国佛罗里达大学Thomas Bianchi教授等课题组多位成员。该团队迄今已经在永乐龙洞开展了4次综合调查,在生物地球化学过程、悬浮体和沉积物特性、浮游生物和底栖生物群落组成、微生物群落结构和新种鉴定等方面获得了一系列研究成果,迄今已发表文章15篇(包括6SCI9篇中文核心),其中封面文章2篇。团队将继续围绕永乐龙洞开展工作,利用高分辨质谱、宏基因组分析等先进工具深入研究蓝洞生物地球化学循环过程及控制机制。

  

该成果得到了三沙航迹所南海研发计划项目、国家自然基金委员会、青岛海洋科学与技术试点国家实验室和中国海洋大学中央高校基本科研业务费专项资金的大力支持。

  

【文章链接】

Nature亮点报道链接地址:https://www.nature.com/articles/d41586-020-00495-6

JGR文章链接地址:https://doi.org/10.1029/2019JG005307

《科学通报》封面文章《南海三沙永乐龙洞营养盐垂直分布及控制因素》

  

【背景链接】

【中央电视台】海南三沙:永乐龙洞被证为世界已知最深蓝洞

中国海洋大学专家参与三沙永乐龙洞勘察

三沙航迹珊瑚礁保护研究所所长傅亮一行访问中国海洋大学