南海沉积物中支链四醚膜脂的组成和碳同位素特征及其对古气候研究的启示

In order to explain the abnormal phenomenon in the paleotemperature reconstruction by branched tetraethers (bGDGTs) in the southwest of South China Sea, the present project is planning to investigate the content, distribution and isotopic patterns of the bGDGTs along the mouth of the Pearl River to sea section and in a sediment core. Combining with carbon isotope of terrestrial leaf wax alkanes and marine algae alketones , we hope to understand their source and composition characteristics in the sediments, and clarify the applicability and reliability of the bGDGTs index in the climatic records. This work will provide basic data and theoretical evidences for accurate terrestrial paleotemperature reconstruction and the land-ocean temperature comparison .

针对南海西南支链四醚脂类古温度重建出现的异常结果，本申请拟通过南海北部珠江口向外海延伸断面及沉积岩芯工作，分析支链四醚脂类的含量、分布和同位素变化模式，结合陆地叶蜡烷烃和海洋藻类生标分子的碳同位素，探讨沉积物中该类物质的来源及组成特征，阐明支链四醚脂类指标重建气候记录的适用性和可靠性，为陆地古气温的准确重建，海陆气候对比，提供基本的数据基础和理论依据。

支链甘油二烷基甘油四醚膜脂化合物（brGDGTs）是环境中广泛存在的一类有机脂类分子，基于其分布特征已经建立了多个环境指标，是近年来地学领域广受关注的脂类化合物之一。但brGDGTs生物来源不明确，微生物群落与环境关系复杂等因素也造成了该类物质在实际应用中的制约。本研究工作首先以硅胶柱层析法为基础，依据不同醚膜脂化合物化学极性的差异，通过调节层析液的极性实现了不同类型GDGTs以及其它醚脂化合物的分离纯化。该方法成本低、快速，可以批量处理，适合古气候、古海洋学研究中大量样品的处理。同时实验优化了GDGTs的化学裂解方式，为该类物质的主碳链稳定同位素分析建立了合适的条件。对南海北部MD12-3428沉积物中的稳定碳同位素分析表明iGDGTs主链碳同位素变化范围为-19‰~-21‰，而brGDGTs主链δ13C为-32‰~-26‰，都呈现冰期重，而全新世轻的特征，且brGDGTs稳定碳同位素较TOC负偏，表明海洋沉积物中brGDGTs为异养型生物产生。结合海洋环境不同碳源的稳定碳同位素特征，推测其碳源可能来源于海水次表层的低氧区的溶解有机碳，而陆源输入影响不可忽略。同时，通过南海沉积物brGDGTs的空间分布特征表明从末次冰期到全新世，四甲基brGDGTs I 由46%下降到32%，而六甲基brGDGTs III从19%上升到37%，与土壤环境存在很大差异，海洋和土壤数据的整合显示，brGDGTs（I+III）的丰度与海洋中的次表层水温度和大陆平均气温之间有很好的匹配，修正了甲基化指数，改进了brGDGTs温度方程。基于改进方程重建南海北部的温度记录，纠正了以往方程的异常，显示出明显的冰期降温和间冰期增温模式。并且与iGDGTs（TEX86）的温度接近，而始终比表层表水低~5°C，表明未知的brGDGTs生物很可能生活次表层水，与稳定碳同位素结果一致。同时修正后的公式具有陆地和海洋共同适用的特征有助于消除brGDGTs多源温度重建可能引起的问题，表明未来利用brGDGTs重建陆地和海洋温度具有广阔前景。