北極楚科奇海海底表層沉積物有機(jī)碳的生物地球化學(xué)特征

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1、第25卷第1期海洋科學(xué)進(jìn)展Vol.25No.12007年1月ADVANCESINMARINESCIENCEJanuary,2007北極楚科奇海海底表層沉積物有機(jī)碳的生物地球化學(xué)特征312郝玉,龍江平(1.國家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061;2.國家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012)摘要:1999年7月和2003年7月在北極科學(xué)考察中獲取的楚科奇海海底表層沉積物有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分析結(jié)果表明,楚科奇海海底表層沉積物有機(jī)碳平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1.41%,遠(yuǎn)高于我國東海和世界部分大陸架沉積物;有機(jī)碳/氮比值為8.69,反映了有機(jī)物以海洋自生為主的混合性來源;有機(jī)碳與有機(jī)氮之

2、間顯著相關(guān)(R=0.93);有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與粒度明顯相關(guān)(R=0.71),細(xì)粒粘土質(zhì)沉積物中的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于砂質(zhì)沉積物的;在水深200m以內(nèi),有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨水深加大有一定的增加;有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與生源硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯相關(guān);有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨緯度變化較小。結(jié)合2次北極考察的實(shí)測結(jié)果,對楚科奇海海底表層沉積物中的有機(jī)碳來源進(jìn)行了初步討論,認(rèn)為沉積有機(jī)碳埋葬可能主要取決于生物泵。關(guān)鍵詞:有機(jī)碳(OC);生物地球化學(xué)特征;表層沉積物;楚科奇海中圖分類號:P736文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:167126647(2007)0120063210海洋是地球上最大的碳庫。碳是重要的生源要素之一,其循環(huán)途徑

3、和能流規(guī)模直接關(guān)系到海洋初級生產(chǎn)力的大小和海洋對氣候變化的調(diào)節(jié)能力,有機(jī)碳(OC)的堆積速率反映了海洋初級生產(chǎn)力的變化和環(huán)[1]-6-6境。從極地冰芯樣品揭示出大氣中CO2已從工業(yè)革命前的280×10上升到現(xiàn)在的350×10,平均每年[2]遞增1.5%,這種溫室氣體使地球表面增溫。專家預(yù)測,北極區(qū)域變暖比低緯度區(qū)域更為嚴(yán)重,北極已成為全球變化研究中最敏感并倍受關(guān)注的重要區(qū)域。光合作用所產(chǎn)生的部分有機(jī)物沉出真光層并通過沉降作用由表層向深海轉(zhuǎn)移,到達(dá)海底沉積物中,完成了碳從表層向海底轉(zhuǎn)移的生物泵過程。與此相關(guān)的生源要素碳對有機(jī)物生產(chǎn)、運(yùn)輸和積累過程在任何子系統(tǒng)內(nèi)都至關(guān)重要。全球變暖將使大

4、氣中CO2轉(zhuǎn)化進(jìn)入生物食物網(wǎng);冰間水域和冰緣海域擴(kuò)大并向北延伸將使北極海洋生物活動增強(qiáng),碳從大氣經(jīng)海洋向海底沉降加劇。北冰洋雖然只占全球海洋面積的4%,但因碳的生物固定和沉積作用增強(qiáng)而在全球碳循環(huán)中起重要作用。北極陸架雖是世界上最大的陸架,但對其碳的生物地球化學(xué)研究與其它陸架相比較少,因而其在全球碳循環(huán)中的作用也往往被忽視。以往對海洋碳循環(huán)的研究多集中于海氣界面和海洋水柱方面,對沉積碳的研究相對較少。然而,海洋沉積有機(jī)碳埋藏可以被認(rèn)為是海洋碳匯作用的最終效應(yīng),因而它的堆積在碳的收支[3]中有重要意義。本文以楚科奇海作為研究區(qū)域,結(jié)合近期北極地區(qū)碳的生物地球化學(xué)循環(huán)研究,通過分析2次北

5、極考察獲得的表層沉積物樣品中OC的分布特征,探討影響北極楚科奇海沉積物中OC分布的因素、來源及其在全球碳循環(huán)中的作用。1地質(zhì)背景楚科奇海位于北冰洋的中部,白令海峽以北,是倒三角型的陸架海。其西部與東西伯利亞海相連,東岸3收稿日期:2006203214基金項(xiàng)目:國家首次北極科學(xué)考察項(xiàng)目;國家第二次北極科學(xué)考察項(xiàng)目;國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目———北冰洋多年變化及其機(jī)理的綜合研究(49879008)作者簡介:郝玉(19722),女,山東煙臺人,碩士研究生,主要從事海洋生物地球化學(xué)研究。(段焱編輯)64海洋科學(xué)進(jìn)展25卷是美國阿拉斯加,南部通過白令海峽與太平洋的白令海相連,北部為楚科奇海陸坡,陸

6、坡以北是水深超過4000m的加拿大深海平原。楚科奇海水深一般小于60m,只有大陸坡一帶才有深水區(qū)。主要的地貌特征是楚科奇洼地、楚科奇海槽和Herald海灘。來自太平洋的具有豐富大陸物源和生物物質(zhì)的暖鹽水及東西伯[4]利亞海岸流水的注入控制了現(xiàn)代陸架沉積。冬秋季冰封期間生物生產(chǎn)力較低,而夏季冰融時(shí)期則具有較[5,6]高的生物生產(chǎn)力。北冰洋巨大的陸架體系、隨季節(jié)而變的海水覆蓋情況和大量淡水注入構(gòu)成北冰洋的獨(dú)特區(qū)域海洋環(huán)境,也決定了北冰洋沉積碳的保存和埋葬速率。2采樣與分析2.1樣品采集1999年7-9月和2003年7-9月,我國“雪龍”號科學(xué)考察船對北冰洋及白令海進(jìn)行了2次科學(xué)考察。在“

7、雪龍”號科考船上用不銹鋼箱式和挖斗式采泥器采集海底沉積物表層樣品。采集的泥樣全部分裝入潔凈塑料袋中,密封后冷凍保存至樣品處理前(取樣站位見圖1)。圖1表層沉積物樣品取樣站位Fig.1Locationsofsurfacesedimentsamplingstations2.2樣品描述表層沉積物樣品主要為灰綠色或灰色泥質(zhì)粉砂和含粉砂質(zhì)軟泥,局部含深灰色泥質(zhì)團(tuán)塊,有機(jī)質(zhì)含量較高,含有較多生物貝殼及碎片,并含有較多海星、海蚯蚓等生物。部分站位還見有小螃蟹和陸生植物根