白令海中层水团古温度变化及其对颗粒有机碳降解作用的影响

海洋初级生产力被认为是调节"冰期-间冰期"旋回中大气二氧化碳含量的重要机制。现代观测却发现，初级生产力产生的"颗粒有机碳"绝大部分在100～1500米中层水团内就会被降解，其固碳效率和影响周期有待于重新评估。有证据表明，中层水团温度很可能是控制颗粒有机碳降解作用的主要因素之一。白令海不仅初级生产力非常高，而且中层水团性质在"冰期-间冰期"旋回中变化显著，是研究水团温度影响降解作用的理想场所。本项目在解决"低温水体古温度重建"等技术难题的基础上，通过分析白令海底栖有孔虫壳体Mg/Ca比值和沉积物中生物钡含量等多种古海洋学指标，重建末次冰期以来白令海中层水团古温度、初级生产力、颗粒有机碳通量以及相关环境变量。据此，深入研究"冰期-间冰期"旋回中白令海中层水团古温度的变化特征及其对颗粒有机碳降解作用的影响，进一步探讨生产力对大气二氧化碳含量的调节作用以及中层水团温度变化的气候效应。

本项目以白令海北部陆坡区的沉积记录为突破口，结合中国第五、六次北极科学考察的现代观测资料，探讨了中层水团的变化模式和气候效应，重点研究了末次冰消期以来YD和B/A等冷暖交替事件中白令海中层水团对大气中二氧碳（CO2）含量的调节作用。借助“南北两极专项”在设备和资金方面的支持，三年来项目组实际完成的工作量远超预期，在“白令海中层水团古温度重建”和“白令海中层水团流通性”以及“颗粒有机碳的降解”等方面取得了较大的进展，并针对白令海和北冰洋之间的相关性进行了对比研究。结果表明，1) 水深小于150 m样品中Uvigerina peregrine壳体的Mg/Ca与“现代水团温度”之间并没有表现出明显的相关性，但是在深海区两者之间却呈现出良好的指数关系；2）白令海中层水团的温度和其它性质在B/A和YD事件交替过程中发生了根本性的转变，但生物钡(Ba-bio)指标仅在B/A期有明显响应，表明在较高温度条件下颗粒有机碳(POC)发生了大量的降解。总体而言，项目组基本实现了最初设想的研究目标，项目执行过程中积累的基础资料及其揭露的科学问题为今后项目组在古海洋领域的研究工作打下了扎实的基础。但是，在“利用生物钡重建颗粒有机碳降解过程”以及“水团温度对有机碳降解的影响程度”两个方面尚有大量工作需要完善。而且，在研究过程中还发现了一系列的新问题，最重要的有两个：一是“有孔虫死亡后壳壁继续加厚的诱因”，二是“有机碳早期成岩作用下金属元素的迁移机制”，都值得进一步深入研究。