王利偉等-Palaeo3: 全新世東亞夏季風(fēng)和人類活動調(diào)控南海北部陸架區(qū)氮循環(huán)的沉積記錄研究
海洋氮循環(huán)影響著海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能,并和全球氣候變化有著密切的聯(lián)系。在全球變化和人類活動背景下,海洋氮循環(huán)的演變過程成為當(dāng)前國內(nèi)外海洋科學(xué)和全球氣候變化等研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。由于人類活動已經(jīng)成為地球上重要的地質(zhì)營力,從近現(xiàn)代沉積記錄中過濾掉人類活動的影響而凸顯自然變化的信息是一項(xiàng)困難的工作。尤其是工業(yè)化革命以來,河口及近海地區(qū)的富營養(yǎng)化程度日益加重,進(jìn)而引發(fā)了一系列的海洋生態(tài)環(huán)境問題,而氮輸入增加在其中起到了關(guān)鍵作用。為厘清自然氣候變化和人類活動脅迫下海洋氮循環(huán)過程,需要在更長時(shí)間尺度上重建海洋氮循環(huán)演化歷史,探究其對氣候變化和人類活動響應(yīng)的機(jī)制,特別是與人類社會發(fā)展關(guān)系密切的全新世時(shí)期。海洋沉積物的氮同位素(δ15N) 能夠反演氮的來源及其經(jīng)歷的生物地球化學(xué)轉(zhuǎn)化過程的信息,被廣泛應(yīng)用于重建古海洋氮循環(huán)的歷史中。然而在南海及其它的陸架邊緣海區(qū),由于受到大量復(fù)雜來源的陸源無機(jī)氮(主要為礦物晶格氨)的影響,其總氮同位素(δ15Nbulk) 往往存在一定程度上的“失真”,對古海洋氮循環(huán)歷史的重建工作造成了很大的干擾。
針對以上問題,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所穩(wěn)定同位素地球化學(xué)學(xué)科組的王利偉博士生、葉豐副研究員和韋剛健研究員等人采用無機(jī)和有機(jī)形態(tài)氮的化學(xué)分離法,對南海北部陸架泥質(zhì)區(qū)獲得高分辨率的沉積巖芯 (YJ Core) 樣品進(jìn)行了綜合的氮同位素分析,并結(jié)合其他地球化學(xué)指標(biāo)對該區(qū)域全新世以來的海洋氮循環(huán)演化記錄及其對東亞季風(fēng)和人類活動的響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行了細(xì)致刻畫和深入探討。研究結(jié)果表明:(1) 在南海北部的近岸沉積物中,有機(jī)氮主要來源于水生浮游植物和陸源土壤,其同位素組成(δ15Norg)變化指示著浮游植物來源貢獻(xiàn)和水體硝酸鹽利用率的演變(圖1);(2) 無機(jī)氮主要來自于陸源黏土礦物,其同位素組成可能包含了礦物形成源區(qū)的氣候(特別是降水)信息;(3) 7500至2000年以前,有機(jī)氮同位素組成的變化主要受東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)度的控制,當(dāng)東亞夏季風(fēng)盛行(強(qiáng)度高)時(shí),豐富的陸源營養(yǎng)物質(zhì)和較高的海表溫度導(dǎo)致浮游植物生物量和硝酸鹽利用率增加,并推高有機(jī)質(zhì)的δ15Norg,而這段時(shí)間δ15Norg值的下降是對夏季風(fēng)強(qiáng)度不斷減弱的響應(yīng);(4) 近2000年以來,珠江流域的人類活動(農(nóng)業(yè)活動)不斷增強(qiáng),并逐漸取代東亞夏季風(fēng)成為近海氮循環(huán)過程的重要推動力(圖2)。
該研究受南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(廣州)人才團(tuán)隊(duì)引進(jìn)重大專項(xiàng)(GML2019ZD0308)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFA0601204)、廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(201904010431)、國家自然科學(xué)基金(42073074)和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(2019346)等項(xiàng)目的聯(lián)合資助,研究成果近期發(fā)表于國際地學(xué)期刊Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology上。
論文信息: Liwei Wang; Feng Ye*; Gangjian Wei; Chao Huang; Fajin Chen; Zhiyang Li; Yancheng Zhang; Xuesong Shi. 2022. East Asian summer monsoon and human activity imprint on δ15Norg records at the northern coast of the South China Sea over the last 7500 years. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 595, 110976. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2022.110976.

圖1 YJ鉆孔沉積物有機(jī)氮的來源及其變化

圖2 沉積物δ15Norg對過去2000年人類活動的響應(yīng)

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