南海深海溶解有机碳的C-14年龄分布及其碳循环意义

Marine Dissolved organic carbon (DOC) represents one of the largest exchangeable organic carbon pools in the ocean, thus plays important roles in the oceanic and global carbon cycle. For the South China Sea (SCS), one of the largest marginal seas in the world, the sources and the transport timescale of DOC, however, is largely unknown especially for the deep water basin (>1000m). The objective of this proposal is to determine, for the first time, the radiocarbon composition of DOC in the deep regions (>1000m) of the SCS. Based on the radiocarbon ages of DOC, we are able to better understand the sources and linkage of DOC and “microbial carbon pump” and timescale of DOC cycling in the deep waters of SCS. We will participate in NSFC’s SCS cruises and other cruises (973) to collect water profile samples from several sites (north, central and south) in the SCS during 2015 and 2016. High-precision radiocarbon measurements of DO14C will be conducted using accelerator mass spectrometry (AMS) in collaboration with Professor Ellen Druffel in Keck Carbon Cycle AMS Laboratory at University of California in Irvine, USA. We will test our major hypothesis that radiocarbon ages of DOC in the deep SCS is older than the DOC in the North Atlantic deep water (~4000 years) and younger or similar to the DOC ages of deep North Pacific Ocean (~6000 years). In addition to the field sample measurements, we will also conduct incubation experiments using DOC with different 14C ages to test the microbial influence on the degradation and alteration of DO14C as related to the “Microbial carbon pump” in the ocean. We expect that the results obtained from this study will provide quantitative information on the sources and timescale of DOC cycling in the deep SCS and West Pacific Ocean.

海洋溶解有机碳(DOC)作为海洋中最大的可交换有机碳库，对整个海洋以至全球碳循环都起着重要的作用, 同时作为微生物必不可少的食物, DOC也是维持提供海洋微生物链和“微生物碳泵”的能量来源。 该申请项目针对基金委2014年“南海深海过程演变”重大研究计划指南中深海碳循环以及微生物的作用这一核心科学问题， 开展利用天然碳同位素（14C）研究南海深海DO14C的碳年龄结构和分布，同时结合对DOC浓度和稳定碳同位素（13C）的测定，从全新的角度认识和揭示南海深海DOC的来源，分布和循环时间尺度，定量了解大洋环流对南海深海碳循环的影响，同时，我们还将借助不同的实验方法和14C分析手段，探讨微生物对不同年龄DOC的分解和转化作用，力求定量的认识海洋中“微生物碳泵”的机制和效率。相信该研究对深入了解南海深海碳循环和微生物作用会起到推动作用。

海洋溶解有机碳(DOC)作为海洋中最大的可交换有机碳库，对整个海洋以至全球碳循环都起着重要的作用, 同时作为微生物必不可少的食物, DOC也是维持提供海洋微生物链和“微生物碳泵”的能量来源。该项目“南海深海溶解有机碳的C-14年龄分布及其碳循环意义”经过三年的研究，顺利完成了预期的研究目标和任务。通过对南海及其相连的西北太平洋溶解有机碳（DOC）和溶解无机碳（DIC）的浓度和碳同位素测定，了解了DOC和DIC的分布和循环特征，及在深海碳循环中的意义。结果显示，南海大于1000米的深水区垂直混合均匀，DOC和DIC的浓度分别为43±4 μM和2192±58 μmol/kg，其平均碳-14值分布为-519±19‰ 和-212±16‰，对应的14C平均年龄为5880±150年和1914±130年，DOC年龄远远大于DIC，说明DOC在南海深层的循环时间尺度远大于DIC。南海表层DOC的浓度在70-90μM，北部陆架区明显高于海盆区，表层DOC浓度在真光层快速降低，说明微生物对易分解（Labial）LDOC的利用主要在表层。相比于北太平洋深层水，南海深层DOC的平均浓度要高近10%，但DOC年龄与北太平洋深层DOC相似，偏高的DOC浓度可能与南海的半封闭海区特征相关，虽然南海深部的垂直混合均匀，但水团与西北太平洋的交换速率比开阔大洋要慢，从而导致不易分解（Refractory）的RDOC在南海深层的富集。我们的结果也显示黑潮（Kuroshio）水团对南海的影响主要体现在上层700米水深，导致DOC和DIC及其碳同位素的分布差异。在西北太平洋黑潮延伸体(Kuroshio Extension)海区，黑潮与亲潮(Oyashio)两个不同水团的混合过程是导致DOC和DIC以及其碳同位素特征差异的主要因素。.通过对南海DOC的微生物降解实验结果验证了项目提出的“海洋微生物将优先利用新合成的具有年轻14C年龄的DOC，使剩余DOC的年龄趋于老化”的假设，深海微生物同样利用表层易降解的LDOC，表明了海洋微生物在DOC的分布和循环过程中起到至关重要的作用。我们的研究得到一些全新的数据，对深入认识南海DOC的循环具有很好实际意义。