UK37和藻类分子标志物——研究白令海、北冰洋浮游植物群落结构变化对北极气候变暖和ENSO的响应和反馈

A couple of scientific means will be used in this project, such as record of molecular markers and molecular stratigraphy with chronology,isotop-geochemistry and marine biogeochemistry,for exploring environmental variation as well as the ecological response to climate change in the Beiling Sea and the Arctic Ocean related to ENSO event . The characteristics of long-chain alkenones(UK37) and temperature will be employed for identifying and reconstructing ENSO events Since the Late Holocene, particularly during the recent 200 years. . The biological and variation of productivity will be evaluated by measuring vertical variable of specific biomarker.The biomass and succssion proces se of cyanobacteriaand phytoplankton are going to be reconstructed by using algal-bectereia biomaker and its δ13C. By coupling applying fine structure and their molecular assembled feature index of manifold biomarker for environment and climate, responsed characteristics of ENSO（surface seawater,marine bacteria,variation characteristics of plant plankton biomass and population structure change）will be discovered in the Beiling Sea and the Arctic Ocean. The evidence of connection can be traced betweenthe blooming and declining event sof bacteria- algae and ENSO event. Based on these information, the conclusion is easily to be reached: how much is bacteria and microbial community structure and primary production influneced by ENSO evnnt and climate waring in the Acrtic ocean? And what is the possible response mechanism of ecosystem during the process.

运用生物分子标志物和分子地层学、地层年代学、同位素地球化学、微体古生物学、生物地球化学等多学科交融方法，研究和探索北极气候变暖对白令海、北冰洋环境变异及其生态响应与全球性气候事件ENSO存在的关联。这对于我们寻找北极气候变化规律和了解快速变化中的北极海洋有着重要科学意义。利用沉积物中UK37与温度特性建立起晚全新世以来上层海水温度变化模式，重点辨识近200年来ENSO变率；利用特定藻类标志物及其δ13C在地层中的垂向变量反演浮游植物生产量和生态演替；联合应用环境分子标志物的精细结构和分子组合特征，寻找白令海和北冰洋ENSO响应特征（水温、浮游植物生产量和种群结构不稳定特征等），以及不同时空尺度的分子地层对比，追索北极快速变化中海洋藻类消长与ENSO之间的联系，进而揭示ENSO和北极气候变暖对浮游植物群落结构到底产生了多大影响，影响过程又如何？以及这一上层海洋生物过程对全球气候的反馈作用。

本项目研究率先在北极海域表层/柱样沉积物中联合应用多种新指标（藻类分子生物标志物、四醚膜类脂物的BIT和TEX86、UK37、正构烷烃及单体碳同位素）作为示踪海洋有机质来源、海表温度、浮游植物生产力和群落结构变化及其对ENSO/气候变化响应。沉积速率、δ13C和δ15N、正构烷烃和BIT值显示了北极海陆联动的有机碳输入埋藏发生变化，同时将TEX86-SST指标成功应用于北极多个海域；重建白令海浮游植物初级生产力和硅藻/甲藻/颗石藻含量分别在291.17~2599.75ng/g、164.53~1375.78ng/g、70.18~767.82ng/g、31.08~56.50ng/g，楚科奇海在664.48~2087.97ng/g、347.93~1708.23ng/g、289.88~1104.73ng/g、80.15~278.78ng/g范围，近百年里总初级生产力急剧提高。我们研究中有2个重要创新性发现：（1）分析现场实测和地层记录的浮游植物年际变动与ENSO现象的关联，若单从ENSO来考虑问题，其中的一些年份就不能很好获得诠释，北极这种情况与“东南极海洋对ENSO的一致性响应”存在差异。（2）将ENSO和北极涛动（AO）联合研究，发现不同位相配置时二者的联合影响或携带影响则明显不同，而浮游植物群落对ENSO/AO的响应不仅体现在生物量上、还体现在粒级结构上，地域差异显著。例1，1997和2003年（El Niño/AO负相位）白令海水体(0m/10m)叶绿素a浓度为0.720和0.765、0.723和0.731（μg/dm3），受到El Niño和AO负相位共同影响；1999和2008年（La Niña/AO正位相）叶绿素a浓度为0.395、0.399和0.357（μg/dm3），受La Niña和AO正位相共同影响，而2012年测值差异大，可能是负位相AO携带La Niña所致（地层记录中也发现类似状况）。例2，楚科奇海2003年夏季比2008年海温偏高/冰情轻，小型浮游植物各占63%和35.64%、微型19.18%和26.42%、微微型17.69%和37.95%，El Niño年楚科奇海浮游植物以大颗粒粒径为主、即高生物泵效率；而同期白令海微微型级份占47.5%，表明El Niño促进了白令海“微型生物碳泵”运转。以上表明全球变暖和北极快速变化已对海洋生态产生影响。