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边缘海源-汇沉积体系中浅水峡道边缘海沉积有机碳埋藏研究方向取得一系列重要进展

编译者:liguiju发布时间:Jun 5, 2023点击量:134 来源栏目:科研动态

最近,国家海洋局第三海洋研究所海洋与海岸地质研究室陶舒琴副研究员等相关研究人员,联合来自台湾中山大学、瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH-Zürich)以及中国海洋大学的相关学者,在Geochimica et Cosmochimica Acta (GCA)和Frontiers in Marine Science(FMS)等国际知名地学期刊上发表台湾海峡沉积有机碳源-汇过程研究系列论文,揭示了强水动力影响下的浅水峡道型边缘海沉积体系中有机碳来源、组成及年龄特征,并对其海洋碳扣押能力开展了评估。该研究结果有望进一步推动不同类型边缘海沉积体积碳汇能力的认识,弥补对强水动力、上升流及浅水峡道型海域有机碳输运及埋藏机制的认知,完善细化人们对近海沉积物质源-汇格局演变机制的认识。

边缘海沉积有机质从颗粒有机质来源和迁移历史看十分复杂,会受到多重物理和生物过程处理改造,从而改变其组成、沉积途径和埋藏效率。台湾海峡是连接东海和南海的浅型狭窄水道,受到多种因素的影响,包括强洋流、沿海上升流、远端大型河流、近端小型山区河流输入以及台风和洪水等极端事件。本研究从整个海峡尺度分析了与表层沉积物的来源和转化有关的有机地球化学信号是如何在台湾海峡这种类型的边缘海源-汇沉积系统的峡道部分运输和保存的。其目的主要是针对这一强动力的边缘海系统有机碳埋藏有更多的了解,并对其来源和年龄进行定量评估。

本研究首次使用经验正交/特征函数(EOF)分析技术来区分台湾海峡北、南、西和东边界进入台湾海峡四个颗粒物质假设源对台湾海峡沉积有机质分布的影响。结果表明,南向浙闽沿岸流和北向南海暖流的输入源对埋藏在台湾海峡中的沉积有机质分布具有主导影响;通过侧向边界上的河口羽流和海峡中上升流输入源对沉积有机质分布起次要影响。在这个由多源输入和多类型传输过程组成的源-汇系统格局作用下,细颗粒物质是有机质信号的主要载体。表层沉积物中陆地生物标志物空间分布与南、北向两支主要的洋流系统和台湾海峡边缘的河流输入有关;海源生物标志物空间分布与台湾海峡内部的上升流过程密切相关,反映出了台湾海峡这一峡道型边缘海系统中洋流、河流冲淡水和上升流等海洋物理系统不仅决定了海区生物标志物的埋藏分布,还可以决定有机质的多样性水平。同时,EOF分析技术是一种从复杂的海洋环境多参数时空变化数据集中提取关键信息的有效工具。

进一步研究表明,土壤细菌衍生的支链甘油二烷基甘油四醚(br-GDGTs)代表了陆地有机质的一部分,在正常入海条件下(除了偶发性和脉冲式河流入海传递情况外),趋向粗颗粒结合和低输运性特征,其高水平信号限制在河口内。陆地植物蜡烷基脂(n-C28,30,32 alkanols, n-C27,29,31 alkanes和n-C26,28,30 FAs)代表了陆地有机物的一部分,趋向细颗粒结合和易输运性的特征,其信号能够有效地从河口转移到陆架边缘海。台湾海峡东侧的表层沉积物种存在大量古老陆源有机碳的贡献,其δ13C和Δ14C值呈现明显的大陆一侧偏正\台湾一侧偏负的特征,且海洋沉积物中化石岩源有机碳含量明显低于陆地化石岩源有机碳含量。本文基于总有机质δ13C和Δ14C同位素值的三端元混合模型,结合沉积物堆积速率资料,对台湾海峡沉积有机碳来源进行了定量解析,结果显示海源、陆地生源和化石岩源有机碳埋藏潜力为8.3±1.7, 4.3±1.0和2.9±0.4 g C m–2 yr–1,浅海峡道系统中有机碳来源的多样性和沉积模式主要受复杂物理过程的影响。以台湾海峡情况来看,狭窄的管道效应具有独特的沉积碳汇特征,在强潮流和季风驱动的环流、强再悬浮和上升流过程主导的高能海洋环境场下,海洋生物过程固定的有机碳埋藏只能解释30%的净海-气CO2吸收,而海水中的溶解有机碳(DOC)或游离的颗粒有机碳(POC)可以解释剩余的70%海洋净吸收CO2的归宿。

同时,河口地区是河流输送陆源物质入海的第一道“关卡”,也是海洋水动力条件(潮汐、波浪、浊度锋面、泥沙最大浑浊带)、水文条件(最大盐度梯度)和生物活动变化最剧烈的地方,海源有机质和不同陆源有机质如何在这一界面中被改造和保存的许多机制细节仍有待研究。本研究团队在台湾海峡毗邻的闽江口及三角洲区域沉积有机碳埋藏特征的研究中发现,台湾海峡西侧的东南中小型河流受到潮汐作用的影响,沉积物及其附着的有机质基本圈闭在河口的前三角洲区,很难向外输运。通过闽江口碳收支平衡模型估算出闽江入海的陆源有机质仅有不到30%被埋藏在河口内,大量的陆源有机质在跨越强潮型河口关键界面过程中存在较为明显的氧化降解。

以上系列研究受到科技部重点研发计划、国家海洋局第三海洋研究所基本科研业务专项、福建省自然科学基金、厦门市自然科学基金、国家自然科学基金等项目的支持。

原文地址:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703723002168

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2022.969461/full

https://www.mdpi.com/2073-4441/15/9/1682

论文引用信息:

Tao, S.*, Wang, A., Tsu-Chien Liu, J., Ye, X., Blattmann, T.M., Ran, C., Liu, Z., Wang, L., Yin, X., Zhang, H., Li, L., Ning, X., Hung, C.-C., Haghipour, N., 2023. Characteristics of sedimentary organic carbon burial in the shallow conduit portion of source-to-sink sedimentary systems in marginal seas. Geochim. Cosmochim. Acta. doi:10.1016/j.gca.2023.05.006.

Wu, S., Tao, S.*, Ye, X*, Wang, A., Liu, Z., Ran, C., Liang, H., Li, H., Yang, Y., Zhang, W., Liu, J.T., 2023. Characteristics of Sedimentary Organic Matter in Tidal Estuaries: A Case Study from the Minjiang River Estuary. Water 15, 1682.

Tao, S.*, Liu, J.T.*, Wang, A., Blattmann, T.M., Yang, R.J., Lee, J., Xu, J.J., Li, L., Ye, X., Yin, X., Wang, L., 2022. Decipher organic matter distribution by source-specific biomarkers in shallow Taiwan Strait from a source-to-sink perspective. Front. Mar. Sci. 9, 969461.

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