自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室

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海洋生物地球化学团队重建西北冰洋近百年来环境演变取得新进展

近日,我室海洋生物地球化学团队与法国索邦大学、中国极地研究中心、浙江大学和广东海洋大学等科研机构合作,在国际环境科学期刊《Environmental Research Letters》上发表了题为“Centennial-scale variability of sea-ice cover in the Chukchi Sea since AD 1850 based on biomarker reconstruction”的研究论文。该研究利用中国第4次北极科学考察在楚科奇海采集的沉积物柱状样,分析了其中的海冰和浮游植物生物标志物,探讨近150年来西北冰洋的环境演变。论文第一作者为白有成助理研究员,陈建芳研究员为通讯作者。  图 西北冰洋海冰与环境演变与多种环境要素对比海洋沉积物中的生物标志物高支链类异戊二烯(HBIs)由海冰硅藻产生,能反映海冰信息,因此被广泛应用于北冰洋古海洋环境重建。西北冰洋是近百年来海冰消退最快的区域之一,但由于沉积环境复杂,精确测年难度高,相关研究进展较慢。本研究利用楚科奇海北部的柱状样沉积物,分析了其中IP25和HBI-II、浮游植物生物标志物(甲藻甾醇、菜籽甾醇和HBI-III)的分布,探讨了其近150年来的变化。海冰生物标志物的结果表明,自1850年以来,西北冰洋海冰覆盖总体呈下降趋势。与此同时,更多的陆源物质被海冰和洋流输运到楚科奇海,证明全球变暖导致陆地径流增强。研究认为,西北冰洋近百年来的环境演变可能与北极涛动(AO)、太平洋年代际涛动(PDO)和大西洋多年代际涛动(AMO)等气候变化要素存在关联。本研究得到国家自然科学基金(41976229, 41306200, 41606052, 41941013)、国家重点研发计划(2019YFC1509101, 2019YEE0120900)、海洋二所专项(JG1911)和国家留学基金委蔡元培计划等项目资助。Youcheng Bai, Marie-Alexandrine Sicre, Jian Ren, Bassem Jalali, Vincent Klein, Hongliang Li, Long Lin, Zhongqiang Ji, Liang Su, Qingmei Zhu, Haiyan Jin, Jianfang Chen*, 2022. Centennial-scale variability of sea-ice cover in the Chukchi Sea since AD 1850 based on biomarker reconstruction. Environmental Research Letters, 17, 044058. DOI: 10.1088/1748-9326/ac5f9PDF下载

2022-04-06 查看详情

碳化学研究团队在对台风后海水二氧化碳的变化机制研究中获得重要认识

近日,我室碳化学研究团队在海洋学主流期刊《Continental Shelf Research》上发表了题为“Moderate CO2 sink due to phytoplankton bloom following a typhoon passage over the East China Sea”的研究论文。论文的第一作者为于培松副研究员。台风过程可以在短期内急剧改变大气和海洋环境条件,从而影响海洋碳循环和海-气碳交换。之前的研究普遍认为台风造成的海水垂直混合和上升流将深层的高CO2水带到了海洋表层,与台风期间的高风速形成叠加效应,极大地增加了海洋CO2排放。但在另一方面,深层水的上升也会带来大量的营养盐,在台风过后适宜的光线和环境条件下,能够促进浮游植物的生长,从而降低海表pCO2,形成潜在的碳汇区。由于现场观测和采样的困难,目前对于台风后海水CO2的变化机制及其对海-气碳交换的贡献还缺乏足够的认识。2017年9月,强台风泰利经过东海,随后的几天卫星遥感显示东海海表形成了大面积的高Chla区域,所“长江口与邻近东海多学科长期观测计划 (LORCE)”组织特别航次,对这一现象进行了现场观测。结果表明,相比于周边海水,高Chla水团具有明显低温、高盐、低pCO2的特征,反映出台风造成的垂直混合和上升流改变了东海水体的物理和化学结构。在深层水高营养盐的供给下,海表形成了生物旺发,叶绿素a和初级生产力显著升高,且持续至少8天时间。海表pCO2的变化受深层水高CO2上升和生物作用的共同影响,两者效应相反,结果是强烈的生物活动占据优势,显著降低了海表pCO2。进一步结合现场观测和遥感数据,发现生物作用改变了东海局地碳源汇状态,将原本接近海-气CO2平衡的东海外陆架转变为中等强度的大气CO2碳汇区,8天时间里海洋生物作用吸收的碳可以抵消掉28%台风经过时海洋排放的碳。这一结果极大地挑战了现有对东海海域碳源汇格局的认识,台风过程诱发的生物效应在评估台风对海-气碳通量的影响时扮演重要角色,需要进一步深入研究来揭示台风全过程对海-气碳通量的贡献及其背后的作用机制。图 台风过后东海形成大面积的高Chla低pCO2区域并成为大气碳汇 Peisong Yu, Xufeng Yang, Bin Wang, et al., 2022. Moderate CO2 sink due to phytoplankton bloom following a typhoon passage over the East China Sea. Continental Shelf Research. DOI: 10.1016/j.csr.2022.104696 PDF下载

2022-03-28 查看详情

海洋生物地球化学团队发表论文揭示海洋生物泵对西北冰洋氮亏损的调控作用

近日,《中国科学:地球科学》录用了我室陈建芳研究员、李宏亮副研究员的研究成果。该团队基于中国第二次和第三次北极科学考察的现场调查资料,研究了楚科奇海的营养盐分布格局、浮游植物吸收利用和垂向输出等生物地球化学过程,揭示了海洋生物泵对西北冰洋氮亏损的调控作用。氮是西北冰洋生态系统最主要的限制性生源要素,一般认为是由沉积反硝化过程引起的。研究人员发现,夏季融冰期楚科奇海浮游植物旺发,消耗水体中的硝酸盐,生成颗粒氮并快速输出,会改变太平洋入流水营养盐的性质(图1)。通过分析西北冰洋水体、颗粒物和表层沉积物的相关生物地球化学参数,发现楚科奇海浮游植物利用营养盐的N/P比值高于太平洋入流水的N/P比值。同时,硝酸盐、颗粒物和表层沉积物稳定氮同位素在时空尺度上耦合相关。由此推断,夏季较强的生物吸收导致楚科奇海水体中硝酸盐被大量消耗,进一步降低水柱中营养盐的N/P比值(图1)。图1  2008年8~9月白令海−楚科奇海陆架R断面分布图同时,结合水柱营养盐的季节性消耗量和颗粒氮输出通量进行估算,发现楚科奇海生物泵过程额外消耗和输出的氮元素(相对于太平洋入流水供应的营养盐而言)高达111.7×109 mol yr-1,相当于该海区沉积物反硝化作用造成氮损失的一半左右(图2)。换言之,除沉积物反硝化作用外,生物泵过程优先从楚科奇海水柱中去除氮(相对于磷)是造成北冰洋上层氮限制和磷过剩的另一个重要因素。被改造后的太平洋入流水穿过北冰洋输送至邻近的北大西洋,将通过促进固氮等过程对海洋生物地球化学循环产生更加深远的影响。图2 楚科奇海生物泵过程对氮亏损贡献的概念图这项成果表明,在北冰洋发生快速变化的背景下,加强的生物泵作用将会进一步影响北冰洋的营养盐动力学和生物地球化学过程。当考虑北冰洋氮亏损问题时,不能仅归因于沉积反硝化作用,也应考虑海洋生物泵过程的贡献。中文出版信息:李宏亮, 陈建芳, Ruiz-Pino Diana, 张静静, 金海燕, 庄燕培, 白有成, 任健, 李杨杰. 2022. 海洋生物泵对西北冰洋氮亏损的贡献. 中国科学: 地球科学, 52, doi: 10.1360/N072021-0274英文出版信息:Li H, Chen J, Ruiz-Pino D, Zhang J, Jin H, Zhuang Y, Bai Y, Ren J, Li Y. 2022. Overlooked contribution of the biological pump to the Pacific Arctic nitrogen deficit. Science China Earth Sciences, https://doi.org/ 10.1007/s11430-021-9916-1

2022-03-04 查看详情

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