科研成果
LGM以来南极宇航员海古生产力和氧化还原环境变迁对大气CO2的影响
时间：2024年02月26日
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国际学术期刊Frontiers in Marine Science发表了我所题为“Paleoproductivity and deep-sea oxygenation in Cosmonaut Sea since the Last Glacial Maximum: impact on atmaspheric CO2”的最新研究成果。该研究重建了末次冰盛期以来南极宇航员海古生产力和深水通风的协同演化，并揭示了其对南大洋印度洋扇区与大气之间碳循环的影响和反馈。
南大洋(Southern Ocean)约占全球海洋面积的20%，贡献了全球大洋对大气CO2净吸收量的30-40%，是重要的碳汇区域。前人研究发现深海通风的强弱和大气CO2的变化之间具有强烈的关联。此外，通风增强还是高纬海洋深层氧含量进行补充、得以恢复的重要因素之一。东南极安妮角以北的宇航员海沿岸地区的生产力具有显着的区域特征，并且还与印度洋扇区环流系统下层密切相关(图1)。利用末次盛冰期以来宇航员海的沉积记录来了解气候驱动的生物地球化学的演变具有巨大的潜力。
图1 ANT37-C5/6-07岩芯位置及宇航员海域环流、锋面、冰间湖及其他参考岩芯的位置图
研究结果表明LGM时期宇航员海的输出生产力和底层水含氧水平都较低，表层海水中浮游植物的养分利用率处于中等水平(图2)。表明可能由于海冰覆盖和表层水体分层的强化，宇航员海的深部水体处于通风较弱的状态，阻碍了对表层海水的营养供给。预成碳储库大量消耗氧气，同时形成的呼吸CO2被封存在南大洋深处，这可能是LGM时期大气CO2含量处于低值的一个重要原因。
图2 本研究岩芯样品的古生产力和氧合指标与冰芯和其他沉积物岩芯记录的综合对比
进入末次冰消期后，宇航员海的通风情况得到改善，来自深海的营养供应增加，输出生产力随之大幅提升。但营养盐利用率较低，表层海水中的浮游植物对养分和溶解CO2的吸收效率较低，大量呼吸CO2伴随增强的通风释放到大气中。然而底层水中氧含量的补充量高于输出生产力增加对氧气的消耗量，因此宇航员海底层水的氧化程度有所提升。末次冰消期内的这些变化存在被ACR事件中断的痕迹。
在全新世早期和全新世中期，航天员海的古生产力分别经历了两次上升。我们推测南半球高纬度地区夏季日照量的变化对输出生产力的提高起到了重要作用。中全新世以后，南大洋印度洋扇区的生产力全面提高，同时营养盐的利用率也有所提高。宇航员海底层水含氧量整体上处于较高水平，这可能与全新世通气增强和/或东宇航员海冰间湖的形成有关(图3)。
图3 东宇航员海冰间湖条件下的通风情况
论文第一作者为我所海底科学重点实验室硕士研究生胡良明，通讯作者为我所韩喜彬高级工程师；合作者包括我所葛倩研究员、边叶萍副研究员和上海交通大学武文栋教授，以及我所硕士研究生张怡、成都理工联培硕士生王逸卓、山东科技大学联培生马朋云。
该研究得到了国家重点研发计划(2022YFC2905500)和极地专项(IRASCC2020-2022)基金的资助。
论文引用：
Hu L, Zhang Y, Wang Y, Ma P, Wu W, Ge Q, Bian Y and Han X (2023) Paleoproductivity and deep-sea oxygenation in Cosmonaut Sea since the last glacial maximum: impact on atmospheric CO2. Front. Mar. Sci. 10: 1215048. doi: 10.3389/fmars.2023.1215048
