海洋地球化学团队在《Science Advances》上发表南大洋生物地球化学循环最新研究成果

发布者:陆昀乔发布时间:2020-10-17浏览次数:10

我院海洋地球化学团队李涛助理研究员和陈天宇教授等人近期在末次冰消期南大洋生物地球化学循环研究中取得重要进展,其研究论文“Rapid shifts in circulation and biogeochemistry of the Southern Ocean during deglacial carbon cycle events”1016日在线发表于综合类顶级期刊《Science Advances》(https://advances.sciencemag.org/content/6/42/eabb3807)。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、以及来自美国和英国多个科研机构的合作者共同完成的。表生地球化学教育部重点实验室李涛助理研究员为论文的第一和通讯作者,陈天宇教授、 李高军教授、陈骏院士为论文的共同作者。

南极高分辨率冰芯记录显示末次冰消期大气CO2浓度存在几次百年尺度的快速上升,南大洋过程被认为在其中扮演了十分重要的角色。但受沉积物定年误差和记录载体的限制,该区域百年尺度的气候变化记录仍然非常有限,这使得我们对百年尺度大气CO2突变事件中的南大洋贡献仍缺乏可靠的认识。

本研究中,李涛、陈天宇和Laura F. Robinson等学者合作,对在德雷克海峡多个海山上采集的深海珊瑚化石样品进行了快速的、低精度的U-Th定年,并选择了过去3万年以来的样品进一步用于高精度的同位素稀释法U-Th定年和14C分析。同时,结合前人已发表的深海珊瑚14C、硼同位素和氮同位素数据,首次在同一记录载体上获得了末次冰消期南大洋不同深度水团的14C含量和pH演化记录以及表层海水生物泵效率演化记录。结果表明,末次冰消期大气CO2百年尺度的快速上升可能与两种截然不同的南大洋过程有关:1)深海珊瑚记录显示在14600年和11700年左右南大洋深水上涌快速加强,大量原本储存在深海的碳和营养元素被带到了南大洋表层,由于存在Fe和光照等因素的限制,表层生物无法完全利用过剩的碳和营养元素,导致大量碳通过海气交换被释放到大气中,从而造成了大气CO2的快速上升。该事件可能与大西洋子午环流的快速重启密切相关;2)在16300年和12800年左右,深海珊瑚记录显示整个南大洋中上层海水14C含量快速上升并趋于一致,而大气14C含量和CO2碳同位素则存在明显的负漂,这表明南大洋海水和大气进行了快速而短暂的碳交换,海水中过剩的碳被释放到大气中,引起大气CO2的快速上升。该事件可能与南大洋西风带和海冰范围的快速南移,从而导致的南大洋混合层突然加深有关。

该研究工作得到了包括国家自然科学基金、国家留学基金和南京大学优秀博士研究生创新能力提升计划在内的国内外多项科学基金的大力支持。