基于沉积物捕获器的南海表层初级生产力及输出生产力估算

南海时间系列沉积物捕获器研究结果初步表明,南海颗粒有机碳通量受季风影响,其中北部的高生产力主要与东北季风有关,而南海中部除受东北季同影响之外,则更体现受西南季风的影响。据颗粒有要碳通量估算的初级生产力和表层输出生产力分别为５３．０－６３．４ｇＣ．ｍ＾－２．ａ＾－１和１０．３２－１２．９３ｇＣ．ｍ＾－２．ａ＾－１,季同期间生产力与颗粒有机碳通量的增高在某种程度上说明了南海盛冰期时古生产力的增高可能是     

胶州湾的微生物二次生产力

海洋是地球上三大有机碳库之一,海洋中有机物质的最终来源是初级生产,而进入溶解状态的有机物质只能靠微生物来转移或传递.在贫营养海区,高达86.5%的初级生产力被细菌所消费并再循环.所幸的是,细菌利用DOC的过程中实际上又提供了上层营养级可利用的颗粒有机碳(POC).这个过程被称之为微生物二次生产(secondary production).从这种意义     

华北北部中元古界洪水庄组埋藏有机碳与古生产力的相关性

总有机碳(TOC)是直接表征古生产力状况的传统指标,但是,TOC并不仅仅受到初始有机质输入量的控制,还可能受到氧化-还原环境和陆源碎屑物输入状况的影响.本文采用元素地球化学指标评价了冀浅1井洪水庄组氧化-还原环境和古生产力状况,进而探讨了埋藏有机碳与古生产力的相关性.碳-硫关系,V/Cr和Mo含量表明,洪水庄组白云岩形成于氧化环境,大部分黑色页岩形成于静海环境.洪水庄组沉积物中P/Ti可类比于被认为是中等-高生产力的日本Ubara二叠-三叠系剖面的P/Ti,Ba/Al仅略低于被认为是高生产力的中加利福尼亚大陆边缘薄层沉积物的Ba/Al,表明洪水庄组沉积期古生产力状况为中等-高.洪水庄组沉积物埋藏有机碳含量与氧化还原环境指标(V/Cr和Mo含量)呈正相关,与反映古生产力的参数(P/Ti和Ba/Al)呈弱或无直接相关性,说明洪水庄组沉积期虽然总体生产力水平较高,但埋藏有机碳含量主要受控于氧化-还原环境,与古生产力之间无直接关系.     

中元古代海洋生物碳泵:有机质来源、降解与富集

碳循环是生命改造地球的最主要途径.海洋是地球上最大的活跃碳库,其储碳-释碳的异常波动对地球表层系统演化具有革命性影响.然而,中元古代无机碳同位素的相对稳定表明,地球碳循环达到了一个相对平衡的状态.因此,研究中元古代海洋中由微生物主导的碳循环对于我们认识地球宜居演化具有重要意义.本文从有机质来源、降解与富集等方面论证了中元古代海洋生物碳泵的主要地球化学过程,提出初始有机质来自以蓝细菌为主的多源生物,有机质降解有反硝化细菌、铁还原菌、硫酸盐还原菌、产甲烷菌等多种微生物参与.以中元古界下马岭组为例,定量分析了受初级生产水平和水体氧化还原程度控制的微生物降解作用及降解程度,估算14亿年前的海洋惰性可溶碳库增储可能达1000×10¹²～2500×10¹²t,仅燕辽盆地埋藏的有机碳就达6000×10⁸t.最后,本文讨论了磷、铁供给对海洋碳循环的重要控制作用,提出未来开展高精度沉积地球化学解析和多元素循环精细建模研究的必要性.     

中国陆地生态系统土壤呼吸的时空变异研究取得新进展

土壤呼吸(即土壤CO2排放)是碳循环中一个重要过程,在全球尺度上,土壤呼吸量仅次于全球陆地总初级生产力(GPP)的估算值,是陆地生态系统第二大碳通量过程.准确估算中国陆地生态系统土壤呼吸量对于研究碳循环过程具有重要意义.以往的估算研究中,年土壤呼吸量值存在较大不确定性,最高与最低值之间相差约每年1×1015克碳,并且关于其年际间变异规律及其与气候因子关系的研究尚     

白垩纪-古近纪生物大灭绝后海洋生物碳泵的破坏与恢复

终结恐龙时代的白垩纪-古近纪（K-Pg）界线事件发生在6600万年前,由于小行星撞击,地球生态环境发生剧变,导致海洋和陆地生物的大规模灭绝,当时海洋里占据绝对优势地位的初级生产者——颗石藻的灭绝尤为严重.初级生产者是食物链的基础,了解海洋初级生产力在极端环境下的破坏与灾后恢复过程,对于研究当今全球变化下海洋生物碳泵变化及其控制机制具有重要的借鉴意义.本文比较了前人提出的劫难海洋（strangelove ocean）、活跃海洋（living ocean）、弹性海洋（resilient ocean）以及异质海洋（heterogeneous ocean）四个假说,评述每个假说在解释K-Pg事件后海洋生物碳泵如何运行方面的合理性与不足.综合分析全球海盆既有高精度旋回控制、又有表层-深海δ¹³C垂向梯度的多个站点的数据,以探索K-Pg界线事件后全球海洋生物碳泵效率的变化,指出:（1） K-Pg事件前所有洋盆δ¹³C垂向梯度与现代海洋一致,这个梯度从陆架到深海有逐渐增加的趋势;（2） K-Pg事件后全球海洋δ¹³C垂向梯度消失;（3...     

16 ka BP共和盆地更尕海湖泊生产力演化历史

选择位于共和盆地中部的更尕海钻孔岩芯为研究对象,利用12个AMS14C年龄建立了湖泊沉积的时间序列.通过对沉积物碳酸盐含量、总有机碳(TOC)含量、总氮(TN)含量、C/N、有机质碳同位素(δ13Corg)以及遗存植物大化石等的系统分析,结合定量估算,重建了16ka来湖泊生产力的变化历史.更尕海植物大化石及碳酸盐结壳以轮藻(Chara spp.)和沉水维管束植物为主,且交替出现,反映了湖泊古生产力的变化.碳酸盐的沉淀与水生植物的光合作用密切相关,间接指示了湖泊古生产力的变化.此外,定量估算的古生产力与碳酸盐含量具有较好的一致性.重建结果显示,16.7～15.3cal ka BP,湖泊尚未形成,为风沙环境;15.3～11.6cal ka BP,湖泊生产力显著提高;11.6～9.2cal ka BP,受亚洲夏季风增强的影响,急剧升高的湖泊水位抑制了沉水植物的生长,湖泊生产力降低;9.2～7.4cal ka BP时段,早期湖泊古生产力较高,8.6cal ka BP之后有所降低;7.4～2.1cal ka BP,生产力维持在较高的水平;2.1cal ka BP以来,湖泊生产力呈逐渐降低趋势.更尕海湖泊古生产力变化与亚洲夏季风强度影响的湖泊水位变化有关,一定程度上反映了亚洲夏季风的盛衰.     

化能自养微生物的固碳功能及人工调控策略

生物固碳是地球碳循环过程的重要组成部分,也是控制碳排放的有效方法.在海洋深处、水体沉积物、地表土壤甚至极端环境中,化能自养微生物可通过硫化物、氨、氢气等还原性物质的氧化获取化学能固定无机碳.诸多研究表明化能自养微生物的固碳功能对吸收大气、海洋、湿地、土壤和极端环境中的CO₂具有重要作用,特别是对深海、湖泊深层等无光环境以及深海热液区等极端生境中初级生产的重要贡献.然而,目前区域生态系统碳汇核算模型的建立普遍忽视了化能自养微生物类群及固碳潜能,低估自然生态系统实际碳汇能力.本文基于化能自养微生物固碳研究的现状,阐述了化能自养微生物在不同生态系统中的固碳潜能,介绍了参与化能自养固碳过程的主要微生物类群的代谢特征及固碳途径,重点分析了基于固碳途径和能量代谢提升自养微生物固碳效率的人工调控策略及应用进展.最后,本文对区域生态系统化能自养微生物碳汇功能的精准量化、开发人工增汇技术等未来研究方向进行了展望,为认识和调控化能自养微生物驱动的自然碳汇过程,助力实现“双碳”战略目标提供参考.     

冲绳海槽西南端中全新世以来的沉积速率与物源分析

冲绳海槽西南端作为黑潮路径下一个高速沉降中心一直受到地球科学界的关注. 在实验室对2005年5月中法合作航次在冲绳海槽南部取得的原状无搅动的深海沉积柱状样MD05-2908岩芯进行了沉积通量与沉积特征分析, 并对物质来源进行了探讨. 样品在分割后分别进行了AMS14C分析、粗颗粒组分(>63 ?m)的提取及含水量的测定. 结果显示, 该34 m长柱状岩芯底部年龄仅为6.8 ka BP, 其平均线性沉积速率达到了5 m/ka, 揭示出冲绳海槽西南端自中全新世以来具有非常高的沉积速率; 结合含水量数据, 其沉积通量也与研究区现代沉积通量相符合. 根据17个AMS¹⁴C数据识别出了5期快速沉积事件(6790~6600, 5690~5600, 4820~4720, 1090~880以及260~190 a BP), 其持续时间为70~200 a不等, 快速沉积期间其最大沉积速率可以达到21.2 m/ka. 通过与相邻的ODP1202站对比后发现, 研究区沉积物皆以细颗粒的黏土与粉砂质为主, 粗颗粒组分所占比重总体不到5%. 台湾岛东北部丰富的降雨量使得宜兰境内的兰阳溪可以携带大量陆源物质进入宜兰陆架并进一步向冲绳海槽输运, 成为研究区重要的物质来源. 这5期快速堆积事件主要是与气候变化引起的区域性降水增加有关, 另外岩芯也记录到由地震、风暴等因素引起的小时间尺度的沉积增强事件. 由地震、风暴等引起的侧向与底层传输使得研究区的沉积环境更为复杂, 但同时也为冲绳海槽提供了丰富的物质供应.     

晚泥盆世-密西西比亚纪植物水循环与生物礁耦合演化

古生代陆地植物的起源和繁盛,导致地表水文循环发生了显著变化,对地球表层系统产生了深远的影响.陆地植物一方面通过蒸腾作用增加地表降雨量,加剧了大陆硅酸盐风化作用和有机碳埋藏量;另一方面,通过地表径流将陆源营养元素带入海洋,导致海洋初级生产力提高、海水缺氧程度和有机碳埋藏量增加.在晚泥盆世–密西西比亚纪期间,陆地植物和海洋生物礁系统均发生了显著变化,可识别出3个耦合演化阶段:(1)晚泥盆世弗拉期–法门期(Frasnian–Famennian/F–F)转折期植物多样性和覆盖面积明显增加并向高纬度扩张,伴随Kellwasser生物灭绝事件和显生宙最大的层孔海绵-珊瑚礁系统崩溃;(2)泥盆纪–石炭纪(Devonian–Carboniferous/D–C)转折期种子植物多样性显著增加,伴随Hangenberg生物灭绝事件、层孔海绵-珊瑚礁消失以及密西西比亚纪早期后生动物礁缺失;(3)密西西比亚纪中–晚期(Middle–Late Mississippian/M–LM)种子植物科达类树木的丰度显著增加,伴随M–LM生物灭绝事件和珊瑚礁系统崩溃.种子植物不仅具有较深的根系,还可以克服对水分的依赖,从近岸...     

与“南永2井珊瑚礁‘红色与黑色沉积夹层’的成因及环境意义初探”商榷

“南永2井珊瑚礁‘红色与黑色沉积夹层’的成因及环境意义初探”一文[1](以下简称“南文”)重点研究了南永2井珊瑚礁红色和黑色沉积夹层.通过对黑色沉积和红色沉积的古地磁特征(包括磁化率、剩余磁化强度)和地球化学特征(MnO和Fe2O3)的研究,“认为这一对特殊而典型的‘沉积夹层’与古气候的突变有关”.文章思路新颖,独创性强,所报道的红色和黑色沉积对于全球气候变化、事件沉积具有重要的研究意义. 关于黑色与红色沉积的研究国际上已进行多年,不同时期的黑色和红色沉积在规模、时间跨度和空间分布上不尽相同,因而其形成机理也各不相同.30多年来全球深海钻探和大洋钻探资料揭示,地质历史中侏罗纪~白垩纪广泛分布富有机质的黑色页岩,Schlanger等人[2]首次提出“大洋缺氧事件”模式用以解释其成因.后续调查研究表明,缺氧事件对应于高含量有机碳[3]、大规模有机碳埋藏[4]、碳同位素正偏[5]和海洋生物大规模绝灭[6].近年来,科学家注意到在早、中白垩世缺氧事件黑色沉积之上晚白垩世期间全球范围内广泛出现典型的海相红色沉积,包括红色灰岩类和红色泥质岩,并认为是大洋富氧事件的产物[7,8]1).这种大洋缺氧事件(黑色页岩与大洋富氧事件)红色沉积组合变化绝不是偶然的现象,它是地球系统中气圈-水圈-沉积圈圈层耦合的产物,其表现周期为10~100 Ma. 而“南文”报道的红色沉积夹层时限为20~30 ka,相当于米兰科维奇旋回,空间分布区域也较为有限.根据沉积速率推算,其黑色沉积的时限约220 ka.与白垩系相比,南永2井珊瑚礁红色与黑色沉积夹层很可能相当于米兰科维奇旋回级别.在整个地质历史中,与白垩系相似的黑色/红色沉积很可能出现在奥陶系[9](Andrei Dronov,私人通信,2001). 现在最为紧迫的一点似乎在于区分不同级别的黑色/红色沉积,为系统性的研究打下一个良好的基础.因此,在“南文”研究基础上,进一步开展红色和黑色沉积夹层研究具有非常重要的意义,因为相对来讲,相似沉积的地质历史时代越近,研究也就相对更准确,难度也更小.但是就文章本身所提供的信息来看,该文的研究结论似乎还有不少值得完善的地方, 下面特把我们的问题提出来,以期共同提高对于地质历史时期的黑色/红色沉积研究. 问题1:“南文”中黑色沉积和红色沉积的岩石学特征交待不够明朗.岩石学特征直接与海平面、物源区性质等相关.如果黑色和红色沉积的岩石学特征不发生明显变化,则可以排除海平面变化和物源区的影响. 问题2:黑色和红色沉积的颜色分布是浸染状、斑点状还是块状？其均一性如何？均一性不同,解释很可能不同.例如,斑点状颜色很可能是特殊矿物在成岩阶段被氧化所致,而均一性好的颜色多为沉积阶段产物(成岩后生阶段之前).其颜色成因很可能与海水地球化学性质有关. 问题3:黑色和红色沉积中的有机碳含量是否有变化？颜色跟有机碳含量变化是否相关？在沉积学中,有机碳含量高的沉积物一般颜色较深,典型的黑色页岩就是由于有机碳含量较高所致. 问题4:“南文”中1477页最后一段至1479页第1段指出:黑色沉积中心层的底界正好对应于布容正极性/松山反极性(B/M)转换的界限,并进一步根据年龄数据相当于d 18O曲线划分的19/20(冷/暖)转换界限, 由此得出结论黑色沉积夹层的形成与全球气候突发事件有关.应该指出的是,在承认对比精确度的前提下,极性反转与气候冷暖转换界限对应于黑色沉积中心,只能说明在时间上的对应关系,而并不能说明黑色沉积就一定与全球气候突发事件相关,两者之间不存在必然关系.要揭示气候变化,恐怕碳酸盐(全岩或化石)氧稳定同位素测试是必要的,同时也是最有效的方法. 问题5:1479页第1段.生物碎屑含量在黑色沉积中的变化是否一定是气候(气温)变化的产物值得进一步探讨.导致生物碎屑含量增加的因素很多,气候温度变化可能仅仅只是其中一个因素.我们不能将生物碎屑含量的增加直接用作气候变化的证据. 问题6:“南文”中指出(1479页第2段)冰期会有Mn,Fe等金属元素在礁岩中的浓缩, 而当气候突然变暖时,Mn,Fe,Cu,Zn和Cd等金属又会大量氧化稀释.此处是直接提出结论而未见任何参考文献的印证;“南文”随后在解释黑色/红色形成机制时更进一步假设是由于Mn和Fe各占优势的原因,其理论依据是什么？另外,文中仅仅讨论了Mn和Fe的含量变化,其他元素变化如何？Mn和Fe等金属的地球化学行为与气候之间的关系如何？等等,均缺乏令人信服的解释.而这些问题正是全文的核心所在. 以上提出的问题得当与否有待验证,可能会由于研究侧重点的不同而会囿于一家之言.但无论如何,目标只有一个,那就是共同推进黑色/红色沉积(事件)的研究,将问题引向深入. 致谢 本工作受国家杰出青年科学基金(批准: 49625203)资助.