南极沉积物铁相态及对有机碳保存贡献
作者:sio
时间:2023年04月12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)碳化学研究团队在海洋学期刊《Frontiers in Marine Science》上发表了题为《Low content of highly reactive iron in sediments from Prydz Bay and the adjacent Southern Ocean: controlling factors and implications for sedimentary organic carbon preservation》的研究论文。该研究利用我国南极科学考察航次采集的东南极普里兹湾及邻近大洋表层沉积物样品,顺序提取了铁(Fe)的不同相态,测定了总有机碳(TOC)、总铁(FeT)、粒度和比表面积,表征了Fe、特别是活性铁(FeHR)相态的分布特征,讨论了其控制因素,并从全球角度初步探讨了TOC和FeHR之间的关系。我所2020级硕士研究生黄文浩为论文第一作者,赵军副研究员为通讯作者。

海洋沉积物中Fe的化学相态研究对了解极地Fe和C的海洋生物地球化学循环至关重要。因具有多种矿物学、晶体学、形态学和化学成分,Fe表现出显著的氧化还原和吸附活性。探究Fe相态是Fe海洋生物地球化学的基础。该研究结果表明,普里兹湾沉积物中FeHR/FeT比值显著低于全球河流颗粒物和现代海洋沉积物,亦低于其他极地沉积物。指示FeHR主要源于南极低风化的母岩,较低的冰川融化速率亦限制了FeHR输入。研究海域无定形活性铁(Feox1)/FeT与高风化程度物源的其他陆架边缘海沉积物相当,结晶态活性铁(Feox2)/FeT显著较低。表明低温对冰山来源Feox1老化有潜在的抑制效应,从而,风化对FeHR/FeT的调控主要体现在Feox2/FeT上。

TOC和FeHR各相态间均不存在显著相关性,主要归因于研究区域复杂多样的沉积环境。综合全球数据集,归纳出TOC/FeHR比值的四种模式:(a)高TOC/FeHR比值(>2.5),是高海洋初级生产力和弱化学风化物源输入的结果;(b)低TOC/FeHR比值(<0.6),高FeHR输入和TOC强烈再矿化所致;(c)中等TOC/FeHR比值(0.6~2.5),包括了多数典型河流颗粒物和边缘海陆架沉积物,指示FeHR和OC来源相同或/和具有稳定的相互作用;(d)低TOC和FeHR含量,是低海洋初级生产力和弱化学风化物源主控的结果。上述发现为认知海洋沉积物中FeHR和TOC的关系提供了新的见解:TOC/FeHR比值可能粗略地反映了不同沉积环境中FeHR对TOC保存贡献的差异。

该研究得到了国家自然科学基金(41976228、42276255、41976227、42176227)、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(JG1805)、南大洋专项“南极海洋对气候变化的影响与响应”(IRASCC 01-01-02A和02-02)和国家留学基金委项目(201704180017)联合资助。 


图1 不同河流、海洋沉积物中FeT含量与FeHR/FeT比值的关系示意图。南极普里兹湾及邻近海洋表层沉积物中FeHR/FeT比值显著低于全球河流颗粒物和现代海洋沉积物,亦低于其他极地沉积物。该结果表明研究区域沉积物中FeHR主要源于南极低风化的母岩,较低的冰川融化速率亦限制了FeHR输入。

图2 世界范围内海洋沉积物中TOC含量与FeHR含量的关系示意图。南极普里兹湾及邻近海洋表层沉积物中TOC/FeHR比值展现了3种不同模式。这一发现为深入认知海洋沉积物中FeHR和TOC之间的关系提供了新见解。

论文引用:

Huang W, Guo X, Zhao J, Li D, Hu J, Zhang H, Zhang C, Han Z, Sun W, Sun Y and Pan J (2023) Low content of highly reactive iron in sediments from Prydz Bay and the adjacent Southern Ocean:Controlling factors and implications for sedimentary organic carbon preservation. Front. Mar. Sci. 10:1142061. 1