​中国东部边缘海有机碳埋藏的控制机制
发布人:姚鹏  发布时间:2021-04-02   浏览次数:130

 

        2021331日,地学领域权威期刊《全球生物地球化学循环》(Global Biogeochemical Cycles)(2019 JCR IF=4.61)在线发表了课题组赵彬博士后等人题为“Controls on organic carbon burial in the Eastern China marginal seas: A regional synthesis”中国东部边缘海有机碳埋藏的控制机制)的研究成果。

  

  边缘海是重要的海洋和陆地来源有机碳的埋藏中心,有机碳在边缘海的埋藏影响着全球碳的收支平衡。中国东部边缘海是典型的陆架边缘海,其每年可以接收大量来自长江和黄河的颗粒物、有机碳和营养盐等陆源物质,在多种水动力作用的影响下形成了多个泥质沉积区,但是不同泥质区由于有机碳来源和沉积环境的差异,其有机碳的埋藏机制存在很大不同。以往对中国边缘海沉积有机碳埋藏的研究多集中于某个特定区域且研究手段较为单一,缺少从河流到河口,再到边缘海的整体研究,也缺少各区域不同来源有机碳埋藏机制和埋藏通量的比较。有鉴于此,课题组在渤海、黄海和东海采集了155个表层沉积物(图1),测定了沉积物中总有机碳及其稳定同位素组成(δ13C)、粒度组成、比表面积(SSA)、木质素和色素,并整合了前人已发表的有机碳的放射性碳同位素组成(Δ14C)和活性铁结合态有机碳的数据,系统分析了中国东部边缘海不同泥质区有机碳的保存机制,比较了长江和黄河沉积物输运系统中有机碳的演化过程,估算了不同来源有机碳的埋藏通量和埋藏效率,并揭示了大坝建设对有机碳埋藏的影响,旨在为深入理解边缘海沉积有机碳的埋藏效率和碳汇意义提供科学依据

  

  

1. 采样站位图CBSMD:渤海中部泥质区,SPMD:山东半岛泥质区,SYSMD:黄海中部泥质区,CEMM:长江口移动泥区,ZMMM:浙闽沿岸移动泥区,SCIMD:济州岛西南泥质区,BYSA:渤黄海砂质区,ECSSA:东海砂质区)

  

研究发现,长江颗粒物的TOCΔ14C显著高于长江口泥质区沉积物,这表明河口移动泥频繁的物理扰动加速了年轻有机碳的降解,而年龄较老的有机碳被保存下来(图2)。与之相反,由黄河颗粒物到黄海中部泥质区的输运过程中,TOCδ13CΔ14C逐渐升高,这主要归因于相对稳定的沉积环境使沉积物能够持续地接收海源有机碳。


  

2. 沿长江和黄河沉积物的输运路径TOCδ13CΔ14C的变化

  

通过与全球其他河流比较,将河流沉积物输运系统分为了四类,即大河-宽陆架沉积物输运系统、大河-窄陆架沉积物输运系统、小型山区河流沉积物输运系统和北极河流沉积物输运系统(图3)。其中,长江与亚马逊沉积物输运系统相似,河口都存在移动泥,并具有长距离输运的特点。然而,渤、黄海虽然属于典型的被动陆架,但黄河沉积物输运系统中有机碳及其同位素的演化过程与小型山区河流相似。

  

3. 全球不同沉积物输运系统中TOC, δ13CΔ14C随输运距离的演化过程

  

4. 中国东部边缘海不同区域沉积物中有机碳载荷及铁结合态有机碳比例

  

渤、黄东海泥质区表层沉积物中都具有较低的TOC/SSA比值(<0.4 m2 g-1),但造成该比值的机制不同(图4)。东海内陆架移动泥区主要归因于有机碳的降解,而渤黄海泥质区的低值则主要归因于黄河颗粒物中TOC/SSA比值本身就较低。东海内陆架移动泥区活性铁结合有机碳与活性铁的比值(Fe-OC/Fe)和活性铁结合的有机碳占总有机碳的比例(fFe-OC)显著低于渤黄海泥质区,这表明该区域有机碳的快速降解可能与移动泥中铁的氧化还原有关。

  

渤海泥质区有机碳的埋藏效率(~43%)高于黄海(~11%)和东海(~16%),这可能与其较高的沉积速率和稳定的沉积环境有关(图5)。从不同来源有机碳的埋藏效率来看,黄海泥质区陆源有机碳的埋藏效率(~41%)显著高于海源有机碳(~7%),可能是因为大量预陈化土壤有机碳的输入使陆源有机碳不易在输运过程中发生降解,而冷涡环流则增加了沉积物的输运路径,使更多的海源有机碳在沉降过程中发生降解。对于东海泥质区沉积有机碳,频繁的物理扰动加速了有机碳的降解,使海源和陆源有机碳都具有较低的埋藏效率(分别为14%23%)。总体上,中国东部边缘海泥质区陆源有机碳的埋藏通量为2.87 ± 0.65 Mt yr-1,占全球海洋陆源有机碳总埋藏通量的~4.7%;生源有机碳Biospheric OC)的埋藏通量为7.00 ± 0.79 Mt yr-1,与中国大陆主要河流的硅酸盐风化所吸收的二氧化碳通量相近;成岩有机碳的埋藏通量为0.81 ± 0.25 Mt yr-1,至少占全球海洋成岩有机碳总埋藏通量的1.9%。通过对比建坝前后不同来源有机碳的埋藏通量,发现建坝后陆源有机碳、生源有机碳和成岩有机碳的埋藏通量分别下降了约66%64%68%,表明大坝建设显著降低了有机碳在中国东部边缘海的埋藏。


5. 中国东部边缘海泥质区不同来源有机碳的输运和埋藏通量

  

  博士后赵彬为第一作者,姚鹏教授为通讯作者,于志刚教授与美国佛罗里达大学Thomas S. Bianchi教授为合作作者。研究受到国家自然科学基金重点国际(地区)合作研究项目(41620104001)和国家重点研发计划全球变化及应对重点专项(2016YFA0600902)等项目的资助

  

文章信息:

Bin Zhao, Peng Yao*, Thomas S. Bianchi, Zhigang Yu. Controls on organic carbon burial in the Eastern China Marginal Seas: A regional synthesis. Global Biogeochemical Cycles, 2021. https://doi.org/10.1029/2020GB006608