广州地化所对全新世东亚夏季风和人类活动调控南海北部陆架区氮循环的沉积记录研究取得进展

  • 文/广州地化所 图/广州地化所 (中国科学院广州地球化学研究所)
  • 创建于 2022-05-12
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  海洋氮循环影响着海洋生态系统的结构与功能,并和全球气候变化有着密切的联系。在全球变化和人类活动背景下,海洋氮循环的演变过程成为当前国内外海洋科学和全球气候变化等研究领域关注的焦点问题之一。由于人类活动已经成为地球上重要的地质营力,从近现代沉积记录中过滤掉人类活动的影响而凸显自然变化的信息是一项困难的工作。尤其是工业化革命以来,河口及近海地区的富营养化程度日益加重,进而引发了一系列的海洋生态环境问题,而氮输入增加在其中起到了关键作用。为厘清自然气候变化和人类活动胁迫下海洋氮循环过程,需要在更长时间尺度上重建海洋氮循环演化历史,探究其对气候变化和人类活动响应的机制,特别是与人类社会发展关系密切的全新世时期。海洋沉积物的氮同位素(δ15N) 能够反演氮的来源及其经历的生物地球化学转化过程的信息,被广泛应用于重建古海洋氮循环的历史中。然而在南海及其它的陆架边缘海区,由于受到大量复杂来源的陆源无机氮(主要为矿物晶格氨)的影响,其总氮同位素(δ15Nbulk) 往往存在一定程度上的“失真”,对古海洋氮循环历史的重建工作造成了很大的干扰。
  针对以上问题,国科大博士生、中国科学院广州地球化学研究所稳定同位素地球化学学科组的王利伟同学在导师叶丰副研究员和韦刚健研究员等人指导下,采用无机和有机形态氮的化学分离法,对南海北部陆架泥质区获得高分辨率的沉积岩芯 (YJ Core) 样品进行了综合的氮同位素分析,并结合其他地球化学指标对该区域全新世以来的海洋氮循环演化记录及其对东亚季风和人类活动的响应机制进行了细致刻画和深入探讨。研究结果表明:(1) 在南海北部的近岸沉积物中,有机氮主要来源于水生浮游植物和陆源土壤,其同位素组成(δ15Norg)变化指示着浮游植物来源贡献和水体硝酸盐利用率的演变(图1);(2) 无机氮主要来自于陆源黏土矿物,其同位素组成可能包含了矿物形成源区的气候(特别是降水)信息;(3) 7500至2000年以前,有机氮同位素组成的变化主要受东亚夏季风的强度的控制,当东亚夏季风盛行(强度高)时,丰富的陆源营养物质和较高的海表温度导致浮游植物生物量和硝酸盐利用率增加,并推高有机质的δ15Norg,而这段时间δ15Norg值的下降是对夏季风强度不断减弱的响应;(4) 近2000年以来,珠江流域的人类活动(农业活动)不断增强,并逐渐取代东亚夏季风成为近海氮循环过程的重要推动力(图2)。  该研究受南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项(GML2019ZD0308)、国家重点研发计划项目(2016YFA0601204)、广州市科技计划项目(201904010431)、国家自然科学基金(42073074)和中科院青年创新促进会(2019346)等项目的联合资助,研究成果近期发表于国际地学期刊Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology上。
  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2022.110976

图1 YJ钻孔沉积物有机氮的来源及其变化

图2 沉积物δ15Norg对过去2000年人类活动的响应

 

责任编辑:刘虹洁