过去2.4万年以来冲绳海槽与毗邻琉球群岛东侧沉积有机碳来源与埋藏机制解析

Organic carbon burial plays an important role in regulating marine carbon cycle and global climate changes on orbital and millennial time scales. However, the variability of organic carbon burial might be environment-specific, especially in marginal seas occupied by large variability of primary productivity and distinctive environmental factors; and our understanding on mechanisms that controlling organic carbon burial therein remains ambiguous. By carrying out measurements on stable (13C) and radiogenic (14C) carbon isotopes of marine and terrestrial compound-specific biomarkers from sediment cores that located in the middle Okinawa Trough and the adjacent Ryukyu Islands slop, this study aims to estimate the contributions and temporal variations of marine and terrestrial organic carbon burial flux over the last 24 kyr. Combined with redox sensitive metal elements and export productivity records from the same cores, effort will be focused on the mechanisms controlling organic carbon burial in the middle Okinawa Trough. Results from this study are expected to provide references for the study of organic carbon buried in the western Pacific margin seas.

在千年及轨道时间尺度上，边缘陆坡沉积区有机碳埋藏在海洋碳循环和全球气候变化中扮演重要角色。然而，陆坡沉积区有机碳埋藏的时空演变机制尚不清楚。这主要受限于如下两个难点问题：第一，如何更准确的量化区分海源和陆源有机碳的贡献；第二，缺乏可靠的沉积有机质埋藏效率替代指标。本申请聚焦在冲绳海槽与毗邻琉球群岛东侧典型陆坡沉积区，通过测定多个沉积序列中有机生物标志物单体δ13C和Δ14C以及多参数生物标志物等记录，利用三端元混合模型量化末次冰盛期以来冲绳海槽沉积有机碳来源、相对贡献及其时空变化规律；另外，同时测定活性磷等输出生产力指标和环境敏感型金属元素记录，结合上述有机碳埋藏记录甄别末次冰盛期以来冲绳海槽沉积有机碳埋藏变化的调控机制。最终，通过解剖冲绳海槽典型陆坡沉积区有机碳埋藏特征与机制，为研究全球其它边缘海盆及陆坡区沉积有机碳埋藏提供参考。

本项目计划应用生物标志物和碳同位素技术方法研究2.4万年以来冲绳海槽中部及毗邻琉球群岛东侧沉积有机碳来源与埋藏机制。通过四年的工作开展，项目完成了计划书拟定的任务；此外，在项目书所列研究材料的基础上，增加了南黄海泥质区、济州岛泥质区4根岩芯和冲绳海槽中部1根岩芯，并开展了有机碳含量及同位素、脂肪酸单体碳同位素等参数的测定。通过陆架与陆坡相结合，更加客观的研究了西太平洋边缘海有机碳埋藏的演变记录，回答了项目书中所列的科学问题。主要结论如下：（1）冲绳海槽区域海洋浮游植物生产力和群落结构的主控因子由冰消期的陆源营养供给转变为中-晚全新世的黑潮次表层水营养供给，西太平洋开阔海域的生产力则受控于北太平洋环流体系；（2）海平面变化显著改变了陆架沉积体系中陆源有机碳的比例（冰消期高，全新世低），但是对冲绳海槽中部的影响并不显著。（3）中国东部边缘海陆架与冲绳海槽的沉积陆源有机碳年龄具有显著的时空差异，东海陆架强的水动力过程造成了陆源有机碳在陆架侧向传输过程中发生了显著的降解与老化，进而响影了冲绳海槽沉积有机碳年龄与贡献比例。（4）与冲绳海槽中部相似，琉球群岛东侧陆坡海源有机碳埋藏效率表现为冰期高、中-晚全新世低的特征，其变化受控于底层水含氧量。项目共发表SCI论文9篇（项目预期结果为发表论文2-3篇），其中包括《Geochimica et Cosmochimica Acta》、《Geophysical Research Letters》和《Global and Planetary Change》等TOP期刊论文。