大氣沉降對(duì)深海碳輸出的影響取得新進(jìn)展
近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LTO）研究員修鵬團(tuán)隊(duì)在大氣沉降對(duì)深海碳輸出的影響機(jī)制和模擬方面取得新進(jìn)展，研究成果發(fā)表在Geophysical Research Letters《地球物理研究》上。
海洋上層浮游植物通過(guò)光合作用生成顆粒有機(jī)碳（POC），并由海洋表層向深層傳輸，是海洋固碳的一條重要途徑。POC在被降解之前沉降的深度越深，這部分碳在海洋里儲(chǔ)存的時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，海洋深層的POC對(duì)于研究海洋長(zhǎng)期儲(chǔ)碳具有重要的意義。在開(kāi)闊大洋里，大氣沉降帶來(lái)的氮（N）、磷（P）、鐵（Fe）等元素的輸入是寡營(yíng)養(yǎng)海區(qū)海洋上層的一個(gè)重要營(yíng)養(yǎng)鹽來(lái)源，能夠影響初級(jí)生產(chǎn)力，然而對(duì)于其如何影響海洋深層的POC尚缺乏深入的認(rèn)識(shí)。
研究人員基于西北太平洋S1站（145°E,30°N）的沉積物捕獲器數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在4810米的深海，POC通量的季節(jié)變化與鐵、蛋白石和巖源顆粒的通量變化一致，表現(xiàn)為3月份出現(xiàn)極值，比上層海洋的初級(jí)生產(chǎn)力極值（2月）稍晚。
為探討機(jī)制，研究人員將鐵循環(huán)、顆粒物粒級(jí)和大氣沉降等引入到CoSiNE中，建立了CoSiNE-Fe生態(tài)模型，該模型合理地再現(xiàn)了上述各種通量和上層初級(jí)生產(chǎn)的季節(jié)變化。研究發(fā)現(xiàn)，在季節(jié)尺度上大氣N輸入與Fe輸入對(duì)深海POC通量的影響不同。研究海區(qū)屬于季節(jié)性寡營(yíng)養(yǎng)鹽海區(qū)，大氣N輸入在夏秋季時(shí)能促進(jìn)微微型浮游植物的生長(zhǎng)，并進(jìn)一步增加中小型浮游動(dòng)物的生物量。這些浮游動(dòng)物為冬春季硅藻的生長(zhǎng)帶來(lái)了捕食壓力，降低了硅藻的生物量。由于硅藻個(gè)體較大并且其產(chǎn)生的蛋白石對(duì)于POC具有壓艙效應(yīng)，因此硅藻生物量的降低進(jìn)一步導(dǎo)致了深海POC輸出通量的減弱。在夏秋季時(shí)，大氣Fe輸入的影響并不顯著。在冬春季時(shí)，由于垂向混合帶來(lái)了充足的N，大氣Fe輸入能夠直接促進(jìn)硅藻的生長(zhǎng)，并增加POC向深海的輸出通量。本研究表明了海洋浮游生物種群結(jié)構(gòu)對(duì)海洋儲(chǔ)碳的重要性。
本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）重大專(zhuān)項(xiàng)核心團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等項(xiàng)目共同資助完成。
相關(guān)論文信息：Xiu, P., and F. Chai, 2021, Impact of atmospheric deposition on carbon export to the deep ocean in the subtropical Northwest Pacific. Geophysical Research Letters, 48, e2020GL089640. https://doi.org/10.1029/2020GL089640
圖1. 建立的CoSiNE-Fe模式框架圖
圖2. 季節(jié)尺度上大氣N和Fe輸入對(duì)深海POC輸出通量影響的示意圖
