南海沉降顆粒物的生物地球化學(xué)過(guò)程及其在古環(huán)境研究中的意義.pdf

1、根據(jù)南海北部(SCS-N)、南海中部(SCS-C)、呂宋岸外(SCS-NE2)及越南岸外(SCS-SW1)時(shí)間系列的捕獲器資料，對(duì)“南海沉降顆粒物的生物地球化學(xué)過(guò)程及其古環(huán)境意義”這一命題作了初步探索。主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：(1)南海顆粒通量和“生物泵”結(jié)構(gòu)的控制因素；(2)現(xiàn)代過(guò)程對(duì)部分地球化學(xué)古環(huán)境參數(shù)的改造。所取得的主要結(jié)果分以下三大部分。(1)在陸架以外的深海區(qū)，南海顆粒物年平均通量在100mg　m-2 d-1左右，

2、其空間變化從大到小依此為SCS-SW1＞SCS-NE2＞SCS-N＞SCS-C。在季節(jié)變化上，顆粒通量受季風(fēng)控制比較明顯，高值主要出現(xiàn)在冬季或夏季；在年際變化上，E1Ni(n)o暖事可以使通量減小20％。顆粒通量除了在少數(shù)時(shí)段上下變化比較一致外，大多數(shù)時(shí)侯上下變化并不一致，并經(jīng)常出現(xiàn)下層通量反而比上層高的情況，這主要是由于水平流引起的顆粒物側(cè)向運(yùn)動(dòng)比較頻繁造成。沉降顆粒主要以生源物質(zhì)為主，生源物質(zhì)/巖屑的比值依此為SCS-C

3、＞SCS-NE2＞SCS-N＞SCS-SW1。在南海中部，生源物質(zhì)一般在80％以上。生源顆粒中，鈣質(zhì)生物和硅質(zhì)生物大致相當(dāng)，表明在南?！疤妓猁}泵”和“硅質(zhì)泵”具有同等重要的地位?！吧锉谩苯M成結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化并沒(méi)有明顯的季節(jié)性變化，但上升流區(qū)比非上升流區(qū)可能更有利于硅質(zhì)生物的生長(zhǎng)。在E1Ni(n)o影響年，碳酸鈣/蛋白石比值有明顯的升高，表明暖事件可以抑制硅質(zhì)生物的生長(zhǎng)。南海作為典型的熱帶寡營(yíng)養(yǎng)海，季風(fēng)—上升流—營(yíng)養(yǎng)鹽供應(yīng)和限

4、制—風(fēng)塵物質(zhì)的觸發(fā)—生物地球化學(xué)響應(yīng)是一個(gè)比較典型的顆粒通量和“生物泵”結(jié)構(gòu)控制過(guò)程，值得進(jìn)一步研究。(2)南海初級(jí)生產(chǎn)力中僅有1-2％進(jìn)入深海水柱，而在深海沉積物中積累的有機(jī)碳僅占0.26％以下，顆粒有機(jī)物通量改變主要發(fā)生在表層到1000m以及底層海水與沉積物界面之間，而在中下水層(1000m-3750m)變化較小。南海“生物泵”效率大約是同為季風(fēng)影響區(qū)的西阿拉伯海的1/3，沉積有機(jī)碳的保存效率低一個(gè)數(shù)量級(jí)，這可能與南海初

5、級(jí)生產(chǎn)力與前者相比要低，同時(shí)南海深層水的更新速率較快(底部不容易形成低氧環(huán)境)有關(guān)。由于南海初級(jí)生產(chǎn)力較低，顆粒有機(jī)物通量隨水深減小的關(guān)系式(Martin曲線)可能會(huì)因?yàn)轭w粒沉降速率、生物泵組成結(jié)構(gòu)、顆粒物側(cè)向運(yùn)動(dòng)等因素而失效。在顆粒物沉降到沉積物過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)的選擇性降解可能會(huì)影響有機(jī)地球化學(xué)的一些整體指標(biāo)(如有機(jī)碳、氮同位素)示蹤的有效性。從顆粒物到沉積物，碳酸鈣、蛋白石通量損失72-95％，其變化主要發(fā)生于深層捕獲器與

6、沉降物之間。另外，無(wú)論南海中部還是北部，水柱巖源物質(zhì)通量反而小于全新世的沉積物積累率，表明南海海洋底部霧狀層在重力流、等深流作用下引起的沉積物異地搬運(yùn)是比較常見(jiàn)的。這種異地搬運(yùn)作用對(duì)于古環(huán)境信號(hào)(如有機(jī)碳古生產(chǎn)力指標(biāo))在沉積物中的保存可能會(huì)有一定影響。(3)通過(guò)考察表層沉積有機(jī)碳、綠素、生物硅與上層海洋上升流、生產(chǎn)力等的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，沉積有機(jī)碳含量高值與三個(gè)傳統(tǒng)意義上的上升流區(qū)有比較好的對(duì)應(yīng)，表明其是比較好的古生產(chǎn)力指標(biāo)，但對(duì)于

7、寡營(yíng)養(yǎng)、低生產(chǎn)力，而且碳酸鹽溶解作用、陸地稀釋作用影響明顯的南海，綠素、生物硅并不是好的古生產(chǎn)力指標(biāo)。但這也不排除在某些海域(如水深不大、沉積速率高且穩(wěn)定、有機(jī)質(zhì)保存較好)利用通一鉆孔的相關(guān)參數(shù)反映古生產(chǎn)力的可能性。沉降顆粒物中的UK37信號(hào)與表層衛(wèi)星估算的SST在大多數(shù)時(shí)段不一致，在同一時(shí)段，上、下層位間也有很大的不同，這主要是由于顆粒物質(zhì)的側(cè)向運(yùn)動(dòng)所引起；此外，顆石藻的生長(zhǎng)季節(jié)、層位(水深)的不一致也能引起上述不一致；沉

8、降過(guò)程中UK37指數(shù)并沒(méi)有引起明顯的改變，表明南海降解過(guò)程對(duì)UK37溫度估算影響較??；雖然沉降顆粒物的UK37溫度信號(hào)與實(shí)測(cè)或遙感SST不一致，但表層沉積物UK37的分析結(jié)果再次證實(shí)了UK37溫度與上層多年平均的實(shí)測(cè)溫度有較好的相關(guān)性，這表明沉積物(代表幾十—幾百年)實(shí)際上對(duì)短時(shí)間和空間尺度的差異進(jìn)行了“平滑”，也就是說(shuō)，局部的差異并不與全局的趨勢(shì)相矛盾。在南海顆粒物沉降過(guò)程中，C/N比呈增大趨勢(shì)，這主要是由于早期降解過(guò)程中

9、由于有機(jī)質(zhì)的選擇性降解作用所致；沉積碳同位素分布表明，陸源有機(jī)碳的輸入(δ13C輕值)主要出現(xiàn)在海盆周邊的海域，尤其是珠江口、巽他陸架、湄公河口及南海東北部，而在海盆的中央，沉積有機(jī)質(zhì)δ13C較重，表明有機(jī)質(zhì)主要是海洋自身來(lái)源；顆粒物中的有機(jī)質(zhì)δ13C“異?！笨赡苁怯捎谌祟惢顒?dòng)引起的pCO2升高引起。南海沉降顆粒δ15N大約在1.4-3.2‰之間變化，比其次表層-中層的源水—北太平洋中層水(NPIW)低2‰左右，這很可能是由