基于231Pa/230Th活度比值重建近15万年来南海深层环流

The paleocirculation of the deep South China Sea (SCS) played key roles on regulating the sedimentologic, paleoceanographic and biogeochemical processes of the SCS and had close connections with the global climatic change. However, little is known on the paleocirculation in the deep SCS, which has hampered the better understanding of abyssal processes in the SCS. Based on preliminary results, this proposed research will first test the hypothesis that adopting the sedimentary 231Pa/230Th activity ratio as the proxy of paleocirculation in the deep SCS following the implementary plan of sample collection and analysis, data collection and analyis, and model establishment and application. Then the paleocirculation in the deep SCS and its spatiotemporal variation over the past 150 ka will be reconstructed and investigated by examining the variations of 231Pa/230Th activity ratio in the surface and core sediments collected from the SCS. The goals of this proposed research are: (1) to unravel the variations of direction, residence time and transporting strength of the deep circulation in the SCS over the last 150 ka; (2) to distinguish the major mechanisms which regulating the paleocirculation pattern in the deep SCS; and (3) to establish the coupled conceptual model of interaction between the deep circulation and biogeochemistry in the deep SCS and global climatic change. This research will shed light on the potential role of deep circulation in the SCS on affecting the biogeochemical cycles of the SCS and global climatic change. The research outcome will also provide additional geochemical data and scientific information for the comprehensive investigation of abyssal processes in the SCS.

南海深层古环流模式的研究对于充分了解南海的深海沉积学、古海洋学、生物地球化学过程乃至全球气候变迁都有着重要的科学意义，但目前对南海深层古环流模式仍然知之甚少，阻碍了对南海深海相关过程研究的进一步深入。本项目针对这一研究薄弱环节，立足现有研究基础，通过样品采集-数据采集-数据解释-模型构建-模型应用这一技术路线，论证沉积物231Pa/230Th活度比值作为研究南海深层古环流模式的新代用指标的可行性，并利用该指标重建近15万年以来南海的深层环流模式及其变迁，揭示南海深层环流的流向、停留时间及强度等参数的演化，探讨控制南海深层环流模式及其变迁的主要机制，构建南海深层环流与生物地球化学及气候变迁相互作用的概念性耦合模型，了解南海深层环流在南海乃至全球气候变化与生物地球化学循环中的潜在作用，提高南海深层古环流的研究水平，为南海深海相关过程研究的深入开展提供更多的基础数据和科学支撑。

南海深层环流及其对气候变迁的响应和反馈对于了解南海的生物地球化学及古海洋学具有重要意义。本项目将铀系放射性同位素组成这一地球化学指示物成功应用于南海，重建了南海的深层环流模式及其对冰期/间冰期演化的响应和反馈。.本项目建立了233Pa示踪剂的分离纯化技术及海洋铀系放射性同位素的多收集器电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）分析技术；此外，也发展了分离、富集海洋胶体颗粒的切向流超滤技术。这些技术不仅充分用于本研究之中，也为后续海洋痕量金属及同位素生物地球化学研究提供了技术储备。.本项目分析了南海海水中铀系放射性同位素的含量与组成，发现铀在南海东北部具有保守的地球化学混合特性，首次得到该地区的铀含量与盐度的定量关系；利用Th同位素的分布特征与地球化学特性定量了南海与西北太平洋的风尘沉降通量，估算了南海深层水的停留时间。此外，本项目还研究了南海东北部与台湾海峡地区有色溶解有机物的生物地球化学活性，证实这些海区中有色溶解有机物的活性存在着巨大的时空变化，并有可能影响痕量元素及同位素的物理化学形态及生物地球化学行为。这些研究成果为后续深入开展南海的生物地球化学循环研究提供了基础数据和科学依据。.本项目获得了南海表层沉积物及沉积物岩芯中的铀系放射性同位素组成的时空变异特征，利用该特征指示出南海深层环流的两条路径：一条沿吕宋海峡西侧向南流动；另一条从吕宋海峡北侧开始沿南海东北部陆坡逆时针西南向转东向进入南海海盆；并反演了南海经向环流模式在末次冰期/去冰期/全新世之间的演化图像以及深层水来源的可能变化。相关研究成果调和了不同学科与方法（水文学观测、矿物学示踪、水文模型模拟）之间的差异，加深了对南海经向环流模式及其与气候变化及碳循环相互作用的理解，为南海古海洋学的深入研究提供了不同的视角和铀系放射性同位素新证据。