热带西太平洋古海水pH重建模型的参数修正与区域标定

Ocean acidification is a global concern caused by increasing atmosphere partial pressure of carbon dioxide (pCO2). The pH is the key parameter to investigate the level of ocean acidification and the tropical western Pacific, as the most active area for global air-sea exchange, is the ideal sea to explore the mechanism of ocean acidification. Due to the lack of long-term continuous observation of pH, researches on acidification heavily rely on tracers to precisely reconstruct pH of paleo-seawater. Although boron isotope (δ11B) in marine biogenic carbonates functions as desired proxy for calculating pH of paleo-seawater, the reconstruction process disregards the second fractionation caused by the dissolution of marine biogenic carbonates. Therefore, our project tries to simulate the degree of boron isotope fractionation from foraminifera in surface sediments in tropical western pacific in dissolution condition. Based on the simulated test in laboratory, the empirical formulas of δ11B will be calibrated by other isotopic and trace element. By the corrected δ11B values, a modified paleo-seawater pH mode can be established, which will be calibrated for regional applicability according to the calibration method applied in Atlantic and the paleoceanography and carbonate system parameters determined in the tropical western Pacific.Finally, an exclusive model of the tropical western Pacific is built, which provides a reliable basis for the study of ocean acidification process.

大洋酸化是大气pCO2升高引发的全球性问题，pH是衡量大洋酸化程度的关键参数，以暖池为主体的热带西太平洋作为全球海气交换最活跃的区域，是探索大洋酸化机制的理想海区。由于缺乏海水pH的长期连续性观测，研究大洋酸化问题实质是以"示踪剂"反演为基础的古海水高分辨pH重建过程。海洋沉积物中生物碳酸盐硼同位素（δ11B）是古海水的理想"pH计"，但应用中尚未考虑早期成岩过程因溶蚀作用引起的二次分馏。基于此，本项目以热带西太平洋为研究靶区，外海调查与实验室模拟相结合，以表层沉积物中有孔虫为研究对象，模拟溶蚀作用所造成的硼同位素分馏程度，综合其他同位素和微量元素指标，确定表征二次分馏的化学参数，校准δ11B经验公式，修正δ11B-pH估算模型。利用大西洋标定方法，结合靶区古海洋和碳酸盐系统参数，区域标定δ11B，构建热带西太平洋海区的专属模型，为研究大洋酸化过程提供可靠依据。

大洋酸化是大气pCO2升高引发的全球性问题，pH是衡量大洋酸化程度的关键参数，以暖池为主体的热带西太平洋作为全球海气交换最活跃的区域，是探索大洋酸化机制的理想海区。由于缺乏海水pH长期连续性观测，研究大洋酸化问题实质是以“示踪剂”反演为基础的古海水高分辨pH重建过程。利用外海调查热带西太平洋沉积物样品，基于古海水pH替代模型各指标特点剖析，实现了对其指示作用可靠性评估、清洗方法改进、测试方法构建和模拟实验实施。结果显示，传统去离子水超声清洗（40k Hz，8s）方法时间过长，导致壳壁薄重量轻的有孔虫破碎，壳体重量数据偏重，该影响在样品受碳酸钙溶蚀作用时加大。将原清洗方法改进为2%六偏磷酸钠溶液超声清洗（40k Hz，4s）不仅提高清洗效果，还可有效避免有孔虫壳体在清洗中破碎，确保壳体重量数据更加可靠。受控于钙化速率的影响，pH值替代指标（G. ruber）总体上随壳体粒径增大呈增高趋势。受控于呼吸作用的影响，pH值替代指标（N. dutertrei）总体上随壳体粒径增大呈降低趋势。生命效应对其也有重要影响。同一层位、相同粒径条件下，G. ruber和N. dutertrei不同厚度壳体数值相近，表明溶解作用对其影响不大。基于本项目研究，建立热带西太平洋重建高分辨率古海水pH专属模型，为研究大洋酸化过程提供可靠依据。通过热带西太平洋古海水pH演化历史，结合其它古海水盐度、海水结构和古生产力信息，有望在热带西太平洋海气CO2 交换机制以及热带过程在全球气候变化的驱动作用等方面取得突破性进展。