南海现代砗磲壳体高分辨率元素地球化学记录及其对南海表层碳酸盐系统的指示意义

Exploring the relationship between changes in the marine carbonate system and CO2 concentration as well as feedback mechanism are critical for understanding the relationship between carbon cycle and global climate change. In this study, we try to establish a proxy for high resolution sea surface pH construction using coupled geochemical elements and isotopes (δ18O、Sr/Ca、B/Ca、δ11B) in the living tridacna gigas shell, to probe the response of modern sea surface carbonate system in the South China Sea (Nansha Island) to the rising atmospheric CO2 concentration and the El Niño-Southern Oscillation, as well as providing a tool for reconstructing the CO2 concentration and evolution of sea surface carbonate system over geological time.

探索海洋碳酸盐系统的变化规律与大气CO2浓度之间的关系及反馈机制对于我们理解碳循环与全球气候变化之间的关系尤为重要。本研究拟以南海南沙现代活体砗磲为研究对象，成对测试其壳体的地球化学元素和同位素（δ18O、Sr/Ca、B/Ca、δ11B），尝试建立适用于重建高分辨率海水表层pH值的替代指标，探索南海南沙现代表层碳酸盐体系对持续升高的大气CO2浓度以及厄尔尼诺-南方涛动（El Niño-Southern Oscillation，ENSO）的响应；为重建地质历史时期大气CO2浓度和探索海水表层碳酸盐体系的演化提供工具。

本项目科学目标为“南海现代砗磲壳体高分辨率元素地球化学及其对表层碳酸盐系统的指示意义”。本项目以南沙现代砗磲壳体为研究对象，进行了壳体物理特性和地球化学元素-同位素分析测试，主要探索了砗磲壳体碳氧同位素和硼元素-同位素的海洋学意义。成果如下：（1）建立了利用激光共聚焦扫描重建砗磲壳体日生长速率和高分辨率年龄模型的方法，该方法为利用砗磲壳体进行高分辨率古天气-古气候重建提供了重要研究基础。（2）砗磲壳体氧同位素定量分析的结果显示南沙降水变化对于砗磲壳体氧同位素的贡献要大于海水表层温度变化。在年际时间尺度上，南沙砗磲壳体的氧同位素可以指示区域降水和ENSO变化，并进一步重建了1989-2013年南沙高分辨率的海水氧同位素和盐度记录。（3）砗磲壳体的碳同位素受生理过程影响明显，与共生藻类的数量和活动有关。砗磲成年阶段，壳体的碳同位素主要反应了周围水体的碳同位素，而南沙砗磲壳体的碳同位素主要受区域海洋生产力的影响。（4）通过对砗磲壳体硼钙比值和硼同位素测试分析发现，砗磲壳体的硼钙比值可能受砗磲生命效应的影响。采用微升华和离子交换柱两种不同方法对砗磲壳体进行了硼元素富集，测试结果显示砗磲壳体有机质吸附作用会导致壳体硼同位素结果偏重。1990-2010年砗磲壳体硼同位素持续上升，指示了由于大气CO2的持续升高导致海洋酸化，砗磲壳体的硼同位素可以作为季节-年际时间尺度大CO2的替代指标。总结而言，本研究为利用化石砗磲壳体重建过去不同气候背景下日-年际时间尺度的古海洋学变化提供了研究基础，使地质重建记录与器测记录的无缝衔接成为可能。相关成果已发表2篇SCI论文，1篇中文核心期刊论文。而砗磲壳体硼同位素的指示意义仍有待于进一步研究。