海洋所在西太平洋暖池全球碳循環效應研究方面取得新進展

  近日,國際地學刊物《第四紀科學評論》(Quaternary Science Reviews, Top 5%)在線發表了中國科學院海洋研究所常鳳鳴研究員課題組徐兆凱研究員(第一作者)與法國巴黎南大學、美國路易斯安那州立大學、韓國海洋科學技術院、自然資源部第一海洋研究所、山東理工大學等單位合作,在西太平洋暖池的全球碳循環效應研究方面的最新研究成果“Enhanced terrigenous organic matter input and productivity on the western margin of the Western Pacific Warm Pool during the Quaternary sea-level lowstands: Forcing mechanisms and implications for the global carbon cycle” 

  科研人員利用國際海洋全球變化計劃(IMAGES)在西太平洋暖池西部邊緣地區獲取的多根高質量長海洋沉積物巖芯,基于多學科交叉,從地球系統多圈層相互作用角度全面有效地證實了第四紀冰期低海平面階段研究區在全球碳循環中的重要“匯”作用。這是該課題組繼在研究區沉積物源-匯過程及其東亞季風和碳循環指示意義等方面的系列分散研究發現之后的綜合性新進展。 

  作為全球海洋系統的重要組成部分,西太平洋暖池為大氣提供了諸多的熱量和水汽,進而通過厄爾尼諾-南方濤動等機制影響著全球氣候變化和碳循環。然而,國內外科研界對于第四紀階段該地區生態系統和生物地球化學循環過程的控制因素則存在著兩種截然不同的觀點,即厄爾尼諾-南方濤動相關的溫躍層變化和陸源物質輸入。而造成上述爭議的最主要原因是前人的相關研究工作多聚焦于溫躍層變化顯著但陸源物質輸入有限的西太平洋暖池中、東部地區(即遠離陸地/島嶼的開闊大洋區),進而很可能低估了陸源物質輸入的重要性。 

  研究人員通過系統對比位于西太平洋暖池西部地區(黑潮源區)的緯向巖芯剖面(大陸坡上的MD06-3052孔、本哈姆高原上的MD06-3047孔和深海盆地中的WPD-03孔)的水動力、陸源有機質輸入、海表生物生產力及海底氧化-還原環境方面高分辨率綜合記錄,首次明確了晚第四紀冰期低海平面階段研究區增強的陸源物質輸入對海表古生產力水平、海底還原環境及海底碳埋藏的積極促進作用。具體表現為兩種方式,以呂宋島為代表的熱帶火山島弧地區大陸架的廣泛出露及出露大陸架上松散硅酸鹽沉積物的強風化剝蝕作用可以消耗大量的大氣二氧化碳(即硅酸鹽風化假說在研究區的適用性),且其產物的入海可以為大陸坡等海區帶來豐富的陸源有機質和營養元素(如硅),進而導致此處的海表生物生產力勃發、海底還原環境及海底碳的大量埋藏;此時亞洲風塵物質及其所攜帶的營養元素(如鐵和硅)輸入量的增加也可以引起深海區類似現象的發生(即鐵假說在研究區的適用性)。 

     

西太平洋暖池西部地區(黑潮源區)概況及研究站位(紅點)

不同海平面狀態下研究區的大氣圈、水圈巖石圈生物圈相互作用示意圖

  系列研究成果得到了國家自然科學基金、國家自然科學基金委員會山東省人民政府海洋科學研究中心聯合資助項目、中國科學院戰略性先導科技專項(A 類)、國家海洋局全球變化與海氣相互作用專項項目、青島海洋科學與技術試點國家實驗室鰲山科技創新計劃、泰山學者、韓國海洋科學技術院科研項目、2013年度中國科學院科技創新交叉與合作團隊和山東省自然科學基金等項目聯合資助。 

  相關論文及鏈接如下:  

  Zhaokai Xu, Shiming Wan, Christophe Colin, Tiegang Li, Peter D. Clift, Fengming Chang, Rongtao Sun, Zhaojie Yu, Dhongil Lim. Enhanced terrigenous organic matter input and productivity on the western margin of the Western Pacific Warm Pool during the Quaternary sea-level lowstands: Forcing mechanisms and implications for the global carbon cycle. Quaternary Science Reviews, 2020, 232: 106211. 

  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0277379119305724. 

  Zhaokai Xu, Tiegang Li, Peter D. Clift, Shiming Wan, Xiaohua Qiu, Dhongil Lim. Bathyal records of enhanced silicate erosion and weathering on the exposed Luzon shelf during glacial lowstands and their significance for atmospheric CO2 sink. Chemical Geology, 2018a, 476: 302-315. 

  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0009254117306587. 

  Zhaokai Xu, Tiegang Li, Christophe Colin, Peter D. Clift, Rongtao Sun, Zhaojie Yu, Shiming Wan, Dhongil Lim. Seasonal variations in the siliciclastic fluxes to the western Philippine Sea and their impacts on seawater εNd values inferred from 1 year of in situ observations above Benham Rise. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2018b, 123: 6688-6702. 

  https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2018JC014274. 

  Zhaokai Xu, Tiegang Li, Peter D. Clift, Shiming Wan, Mingjiang Cai, Hongjin Chen. Comment on “Sr-Nd isotope composition and clay mineral assemblages in Eolian dust from the central Philippine Sea over the last 600 kyr: Implications for the transport mechanism of Asian dust” by Seo et al. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2016, 121: 14137-14141. 

  https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JD024946. 

  Zhaokai Xu, Tiegang Li, Peter D. Clift, Dhongil Lim, Shiming Wan, Hongjin Chen, Zheng Tang, Fuqing Jiang, Zhifang Xiong. Quantitative estimates of Asian dust input to the western Philippine Sea in the mid-late Quaternary and its potential significance for paleoenvironment. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2015, 16: 3182-3196. 

  https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015GC005929. 


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