自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室 - 自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室

海洋生态化学研究团队揭示压舱效应调控南极海冰指标IPSO25的沉降过程

近日，自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室(MED)在《Paleoceanography and Paleoclimatology》发表了题为"Ballast Effect on the Export of Sea-Ice Biomarker IPSO25 in Prydz Bay, Antarctica"的研究论文，首次利用时间序列沉积物捕获器数据，系统揭示了南极普里兹湾海冰生物标志物IPSO25向海底沉降过程中的关键控制机制，阐明了“压舱效应”对海冰代用指标保存的重要作用，为未来高精度重建南极古海冰变化提供了可靠工具。海洋二所—浙江大学联合培养博士生吴嘉琪为第一作者，潘建明研究员和韩正兵副研究员为通讯作者。理解南极海冰在过去数千年乃至更长时间尺度上的变化，对于揭示全球气候系统的运作机制和预测未来极地响应至关重要。然而，当前用于重建古海冰的核心工具之一——源自海冰硅藻的高支链类异戊二烯（IPSO25）及其衍生指标PIPSO25——其应用长期受限于一个关键科学问题：这些化学信号从表层海洋产生到最终被沉积物记录的过程中，是否以及如何被物理传输过程所改造？研究团队利用南极普里兹湾沉积物捕获器获得的时间序列沉降颗粒物样品，通过对其中IPSO25、浮游植物生物标志物（HBI III和菜籽甾醇）以及颗粒通量组分的分析研究发现，IPSO25的沉降通量并非仅由海冰消融直接决定，而是受到海冰消退方式和压舱效应的双重调控。当海冰因强风驱动而发生平流输移快速消失时，IPSO25信号微弱；而在边缘冰区或冰间湖阶段，岩源物质作为“压舱物”，能显著加速含IPSO25的有机颗粒下沉，从而高效地将海冰信号同步传递至海底。这一发现解释了为何单一生物标志物通量在古记录中可能存在偏差。为克服单一指标的局限性，研究团队评估了两种PIPSO25指标的表现。结果表明，基于HBI III计算的PIIIIPSO25指标与卫星观测的海冰浓度呈现出良好的季节协同变化，且受沉降过程干扰较小。相比之下，基于菜籽甾醇的PBIPSO25指标则因后者兼具海冰和开阔水域来源而表现不佳。这证实了PIIIIPSO25作为一种比值型指标，能够有效抵消沉降过程变化带来的影响，是更为稳健的南极古海冰代用指标。该研究成果标志着南极古海洋学研究迈出了关键一步，对于重建南极海冰变化历史、预测未来极地乃至全球气候变化具有深远意义。图1 普里兹湾（南极）不同海冰状态下，颗粒物及其所携带生物标志物的沉降效率示意图

2026-02-13 查看详情

海洋生物地球化学团队揭示冬季混合加深驱动东海陆坡叶绿素年代际增长

近日，自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室（MED）海洋生物地球化学团队在《Global and Planetary Change》上发表了题为“Intensified winter mixing drives enhancement of mesopelagic nutrient supply and primary productivity around the Okinawa trough”的研究论文。研究基于公开数据库1997-2020年的长期观测记录，揭示了冬季混合层加深驱动黑潮次表层营养盐向上输送增加，从而支撑了冲绳海槽及其邻近海域初级生产力年代际升高的关键机制。徐忠胜助理研究员为第一作者，陈建芳研究员和李宏亮研究员为通讯作者。作为典型的西边界流，黑潮携带富含营养盐的200-500 m次表层水，长期影响东海陆架和冲绳海槽的物质循环与生态系统。近年来，观测资料显示东海陆坡及冲绳海槽区域的叶绿素a持续升高，同时次表层DIN浓度不断累积，前人研究推测这主要是由上升流增强导致。然而，本团队依托PN断面长达24年的连续观测，结合卫星遥感与Argo多源数据分析发现，上升流强度在过去二十余年保持稳定，三端元混合模型并未显示其随时间有增强的趋势。值得注意的是，研究区域夏季水体层化较强，混合层深度明显浅于营养盐跃层，而冬季强风和海水变冷叠加作用下混合层深度显著变深，打破了营养盐跃层。并且混合层深度在年际尺度变化上呈现逐渐加深的趋势。本研究不仅首次提出“黑潮次表层营养盐—冬季混合层加深—初级生产力增强”的年代际驱动机制，修正了上升流主导的传统认识，更系统揭示了冬季混合过程在边缘海营养盐供应与生态系统响应中的核心作用，为深入理解黑潮—陆架相互作用对气候变化的反馈机制、完善边缘海生物地球化学循环理论体系提供了关键观测证据与理论框架。同时，该研究为评估边缘海生态系统对气候变化（尤其是冬季风增强与混合变化）的响应提供了关键科学依据。图1 冲绳海槽区域初级生产力增强的驱动机制改变图本研究得到了国家重点研发计划项目(2023YFF0805002；2023YFC3108005)、自然资源部第二海洋研究所资金项目(SZ2514)和国家自然科学基金项目(42276021)联合资助。全文引用：Xu, Z. S., Zhang, J. J., Xuan, J. L., Zhang, Y. F., Wang, B., Li, D. W., Jin, H. Y., Li, H. L., &

2026-02-05 查看详情

海洋生物地球化学团队研究揭示西北冰洋黑碳时空分布特征及其机制

近日，MED海洋生物地球化学团队在《Journal of Geophysical Research: Oceans》发表了题为“Spatiotemporal variations and sources of black carbon in surface sediments and sinking particles in the western Arctic Ocean”的研究论文，利用表层沉积物和沉积物捕获器获取的沉降颗粒物，探讨西北冰洋黑碳的时空分布特征及其机制。我室2023级硕士研究生谭淇为论文第一作者，任健副研究员为通讯作者。黑碳主要由生物质和化石燃料不完全燃烧产生，是全球碳循环的重要组成部分。研究表明，西北冰洋的黑碳主要表现为现代生物质燃烧、化石燃料燃烧及沿岸侵蚀输入的混合来源。受沿岸侵蚀、水动力分选作用以及不同黑碳亚型颗粒物自身特性的影响，楚科奇陆架与楚科奇边缘地的表层沉积黑碳呈现出明显不同的来源特征：楚科奇陆架以沿岸侵蚀的岩源输入为主，而楚科奇边缘地则主要反映化石燃料燃烧来源。因此，楚科奇陆架与楚科奇边缘地的黑碳含量存在显著的区域性差异。楚科奇陆架的表层沉积黑碳平均含量为1.29 mg g-1，占有机碳库的10.2%，显著高于其它北冰洋陆架海域，表明楚科奇陆架在北极碳汇中的重要作用（图1）。黑碳含量会随离岸距离的增加而降低。此外，由于受到海水分层和海底地形的影响，楚科奇陆架南部区域的黑碳含量相对较低。图1 楚科奇陆架和楚科奇边缘地表层沉积物中黑碳和黑碳/总有机碳的空间分布(a, b)，以及黑碳含量与离岸距离的关系(c)楚科奇边缘地的颗粒态黑碳通量呈现明显的季节性变化，海冰消融期的沉降通量是结冰期的四倍。其中，在结冰期间出现的高黑碳通量，可能反映了海底底流增强对楚科奇陆架沉积碳源的刮蚀作用，并北向搬运至楚科奇边缘地。基于沉积物捕获器记录的黑碳通量，估算每年有约40.5 Gg的颗粒态黑碳（大约466 Gg颗粒有机碳）从楚科奇陆架向北侧向输运至楚科奇边缘地一带（图2）。图2 楚科奇陆架及楚科奇边缘地颗粒态黑碳的收支概念模型该研究系统量化了西北冰洋的黑碳通量，揭示其多元来源，为评估北极碳源汇格局变化提供了新的视角。这些结果能为我国参与极地国际治理提供重要数据支撑。该研究得到国家自然科学基金（42476260，42076241）和自然资源部第二海洋研究所科研业务费项目（JG2310）等项目联合资助。论文引用：Tan, Q., Yu, X., Ren, J

2026-02-02 查看详情

科研动态

海洋生态化学研究团队揭示压舱效应调控南极海冰指标IPSO25的沉降过程

海洋生物地球化学团队揭示冬季混合加深驱动东海陆坡叶绿素年代际增长

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