我院陈天宇教授与合作者在《Nature Geoscience》上发表冰消期碳循环最新研究成果

发布者:陆昀乔发布时间:2020-10-13浏览次数:10

我院陈天宇教授等人近期在末次冰消期碳循环研究中取得重要进展,其研究论文Persistently well-ventilated intermediate-depth ocean through the last deglaciation”1012日在线发表于地球科学顶级期刊Nature Geoscience》(https://www.nature.com/articles/s41561-020-0638-6。这项工作是由南京大学地球科学与工程学院团队、英国布里斯托尔大学Laura F. Robinson教授团队、以及美国和英国多个科研机构的合作者共同完成的。内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室陈天宇教授为论文的第一作者和通讯作者。

自然成因的放射性碳(14C)在上部大气中形成,其半衰期为5730年,并通过海气交换进入深部海洋。因此,深海14C含量(相较于大气)反映了深水水团最后一次与大气接触的时间尺度及海气交换的效率。全球大洋中层水在末次冰消期(距今约1.8-1.1万年)的14C含量演化可为深水混合以及大气CO2含量上升的机制提供重要约束。最近十多年来,已报道的全球大洋中层水14C含量演化曲线极不一致:部分研究认为末次冰消期大洋垂直混合加强导致(假想的)长期与大气隔绝的深层海水混入中层海洋,使得中层水14C含量显著降低,但另一些研究在同一区域却未发现高度贫14C的中层水信号;部分研究发现太平洋中层水和大西洋中层水14C含量演化趋势呈现负相关变化,认为存在北太平洋-北大西洋深海通风“跷跷板”;也有部分研究推测中层水14C含量(尤其是东赤道太平洋)的变化反映海底地质死碳大量加入海水溶解无机碳库,并参与了末次冰消期的海气碳循环。这些不一致的模式对可靠利用14C约束海洋碳循环构成了很大的挑战。目前,已报道的中层水14C重建均基于底栖有孔虫壳体,尚无法开展绝对定年,且早期成岩作用以及种属效应都可能影响古海水14C记录的准确获取。

为了解决这一长期学术争论,陈天宇和Laura F. Robinson等学者合作,选取赤道大西洋和目前争议最大的东赤道太平洋中层深度的深海珊瑚样品为研究对象,结合铀系不平衡定年和14C分析等技术手段,获得了基于高精度绝对年代标尺的末次冰消期低纬中层水14C演化记录。结果表明,该时期两个大洋低纬中层水与大气的14C演化趋势均非常一致,说明中层海洋和大气的14C交换平衡一直处于接近全新世(近1万年来)的水平。定量计算表明,冰消期中层水14C相对于大气含量略微升高很大程度上是由大气CO2含量上升使得海气交换过程中C同位素交换效率提高所致。该研究结果对冰消期碳循环还有以下几点启示:1已报道的底栖有孔虫记录的异常14C信号主要受沉积过程的影响,不能反映海盆尺度乃至全球尺度的碳循环信息;2末次冰消期早期中层水14C含量普遍低于海气交换的理论计算值,为该时期深海与上部海洋混合显著加强提供了佐证;3中低纬表层海水40°N-40°S在末次冰消期以来14C储库年龄变化较小,这一认识为准确开展海洋沉积物14C定年提供了新的依据。

该研究工作得到了包括国家自然科学基金和中国科学院战略先导科技专项基金在内的国内外多项科学基金的大力支持。