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海化重点实验室在中国东海陆架沉积有机碳年龄演变记录研究中取得重要进展
发布时间:2021-04-26 浏览次数:39

在国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助下,海化重点实验室赵美训教授课题组与美国华盛顿大学Julian P. Sachs教授合作,在Nature Index期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》(2019JCR IF=4.659)发表了题为“Hydrodynamic processes and source changes caused elevated 14C ages of organic carbon in the East China Sea over the last 14.3 kyr”的研究成果。

边缘海有机碳埋藏是重要的碳汇。虽然边缘海只占全球海洋面积的8%,其沉积有机碳年埋藏量(138 Tg C/yr)约占全球的80%。伴随着14C同位素技术在海洋中的应用,研究发现有机碳埋藏的碳汇效应(或能力)并不直接等同于埋藏通量,而与有机碳来源和年龄密切相关。例如,化石有机碳从陆地搬运至海洋并埋藏的过程中并没有发挥碳汇效应,而陈化的陆地土壤有机质在千年尺度上是陆源碳汇。解析沉积有机碳的来源及年龄组成,有助于我们更加科学、合理的评估边缘海的碳汇效应。

在沉积记录中(包括表层沉积物),有机碳14C年龄普遍老于沉积年龄(后者通常以有孔虫壳体14C年龄为基准,两者之差标记为有机碳的表观年龄)并且在全球海域呈现不同的时空变化。然而到目前为止我们尚不清楚这种现象的产生原因。本研究利用东海陆架济州岛西南泥质区的沉积岩芯,开展了自1.4万年以来有机碳含量及碳同位素(13C14C)以及典型生物标志物组成的研究。我们发现(1)总有机碳的表观年龄在1,930–5,530 yr之间,并且表现为冰消期高、中晚全新世低的特征。(2)陆源有机碳贡献比例及埋藏通量同样呈现为冰消期高,中晚全新世低的特征。(3)基于双同位素(13C14C)的混合模型并不能完全解释沉积有机碳的表观年龄。结合海平面变化历史与矿物特征,我们提出如下观点:在中晚全新世(高海平面),陆源有机碳经由河口搬运至沉积区的历程中经历了强烈沉积-再悬浮过程,由此产生的水动力老化(hydrodynamic process aging)是有机碳表观年龄的主要贡献者。在冰消期阶段(低海平面),近岸水动力过程对古海岸的侵蚀导致更多的古老有机碳被搬运至济州岛西南泥质区,这一过程不但增加了陆源有机碳的贡献比例而且导致了有机碳表观年龄的升高。

此外,我们对比了东海与北极陆架陆源有机碳的埋藏通量对古气候/古环境强迫的响应,发现陆源有机质向陆架的搬运在高纬度对冰消期MWPmelt water pulse)事件响应敏感,而在东海则主要受控于海平面变化引起的水动力过程(如潮汐强度变化)。

1. 基于碳同位素的端元混合模型与东海沉积记录  

文章链接https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.04.015

Zhang, H., Li, D.-W., Sachs, J.P., Yuan, Z., Wang, Z., Su, C., and Zhao, M., 2021, Hydrodynamic processes and source changes caused elevated 14C ages of organic carbon in the East China Sea over the last 14.3 kyr: Geochimica et Cosmochimica Acta, https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.04.015.