科研成果
基于碳同位素（13C 和14C）量化南海沉降颗粒有机碳垂向和侧向来源的相对贡献
时间：2023年01月11日
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近日，自然资源部第二海洋研究所海洋生态系统动力学重点实验室（MED）海洋生物地球化学团队（MBCG）与同济大学、德国汉堡大学和苏黎世联邦理工学院等机构合作，在地球科学期刊《Journal of Geophysical Research: Oceans》上发表了题为“Carbon Isotopic Constraints on Basin-Scale Vertical and Lateral Particulate Organic Carbon Dynamics in the Northern South China Sea”的研究论文。该研究基于南海北部中深层时间序列沉积物捕获器样品，分析了POC的含量和年龄，探讨了其时间序列变化和垂向分布特征，同时通过建立两端元混合模型，估算了“新碳”（垂向）和“老碳”（侧向）的相对贡献，并探讨了其潜在的动力学过程。论文第一作者为我所张静静助理研究员，李宏亮副研究员和陈建芳研究员为共同通讯作者。
图1. 左图为南海北部SCS-N站和TJ系列站位（Blattmann et al., 2018）化石源碳的贡献：黄色数字为TJ系列站位近底层沉降颗粒中化学源碳占比；红色数字为本研究区域（SCS-N站位）化石源碳在再悬浮侧向来源有机碳中的占比。右图为SCS-N站位的锚系结构图。
近年来，侧向搬运对沉降颗粒物及有机碳通量的贡献受到了越来越多的关注，这一过程的强度和影响范围对理解现今生物泵输出和深海沉积记录都具有重要的意义。然而，海盆区沉降POC来源组成的定量估算仍然较少。本研究基于南海北部海盆区沉积物捕获器采集的时间序列样品，分析了沉降颗粒物通量、POC和岩源物质组分、POC稳定碳和放射性碳同位素（13C 和14C），结合粘土矿物特征，以探讨生物泵垂向“新碳”和再悬浮侧向“老碳”的相对贡献及其潜在的动力学过程。研究结果表明，南海北部海盆中深层水柱中，84%-91%的沉降POC来源于生物泵“新碳”的垂向输出，而陆坡陆架区再悬浮侧向“老碳”的贡献较小，对POC通量的时间序列变化影响亦较小。因此，南海海盆区中深层沉降POC通量仍是评估该区域生物泵储碳强度及其时空变异性的良好指标。然而，值得注意的是，随着深度的增加，侧向“老碳”的来源和组成愈加复杂。基于化石源碳的组成特征，我们推断，这部分侧向“老碳”主要来源于台湾-东沙附近的东北部陆坡区，通过再悬浮-沉积-再悬浮循环输送至海盆。在侧向输运过程中，上层生物泵不断沉降的海源POC稀释了陆源POC的贡献，同时受矿物-有机质间相互作用的影响，使得输送至海盆的“老碳”中，预成化海源碳比例最高，化石源碳次之，土壤源碳最少。
本研究得到海洋二所专项（JG2213, JZ2001、JB2208）、国家自然科学基金（41906045、42106045）、全球变化与海气相互作用专项（GASI-04-HYST-01）和南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海：SML202SP207）等项目资助。
引用：
Zhang, J., Li, H., Wiesner, M. G., Eglinton, T. I., Haghipour, N., Jian, Z., & Chen, J. (2022). Carbon isotopic constraints on basin-scale vertical and lateral particulate organic carbon dynamics in the northern South China Sea. Journal of Geophysical Research: Oceans, 127, e2022JC018830.
