北冰洋高纬海区冰藻与陆源生物标志物对海冰变化的响应

The rapid variation of sea ice cover has attracted more and more concerns due to the enhanced greenhouse effect. In the high Arctic Ocean, Perennial sea ice has been transforming to multiyear or even one year ice. In spring and summer, the sea ice melting will increase the ice algae dominated primary production, and the terrestrial organic transported by the sea ice will also be melted into the seawater, joining the organic carbon cycle in the region, thus, leading to the change in organic carbon budget. While, in the sea bottom，marine and terrestrial organic in sediment will correspond to the organic characteristic in the water column as sea ice melting. Specific biomarker is a powerful tool to trace the source of the organic. Therefore, sea ice cover variation can be indicated by the characteristic of the marine and terrestrial biomarkers. This study chooses particulate samples from ice core and surrounding seawater, surface sediment and sediment core samples in high arctic continental slope and ocean basin for biomarker analyses, to find out the distributions of ice algae, sterol and terrestrial organic in sea ice and adjacent waters, and their storage in sediment in the circumstance of global warming, afterwards, reconstructing the record of sea ice cover and sea level variations using the result of sediment core dating and the distribution of marine and terrestrial biomarkers in it, thus, increasing our knowledge to the carbon cycle in high arctic ocean.

随着温室效应的增强，北极海冰的快速变化受到越来越多的关注。在北极高纬海区，海冰逐渐从永久冰变为多年冰甚至一年冰。春夏季节，海冰消融增强了该区域以冰藻为主的初级生产，同时，海冰携带的陆源有机质将进入海水，参与到该区域的有机碳循环中，导致有机碳收支发生改变。沉积物中海源与陆源有机质也将响应着上层水体有机质随海冰消退的变化。具有明确指示性的生物标志物是追踪有机质来源的有力工具，因而，通过海源与陆源生物标志物的变化特征能够指示海冰的变化。本项目以西北冰洋高纬区域陆坡与海盆为研究对象，选取海冰消融区域冰芯和水柱中颗粒物、沉积物以及柱状样进行生物标志物分析，从而，探寻气候变暖背景下，海冰与周围水体中冰藻、甾醇和陆源有机质分布以及它们在沉积物中保存情况；然后，根据沉积柱定年结果与沉积柱中指示海源与陆源生物标志物的分布特征，重建海冰覆盖与海平面变化情况的记录，从而增进对北极高纬海区碳循环的了解。

在北极快速变化背景下，春夏季节，海冰消融增强了北极区域以冰藻为主的初级生产，同时，海冰携带的陆源有机质将进入海水，参与到该区域的有机碳循环中，导致有机碳收支发生改变。沉积物中海源与陆源有机质也将响应着上层水体有机质随海冰消退的变化，因而，通过海源与陆源生物标志物的变化特征能够指示海冰的变化。本项目以西北冰洋的楚科奇海陆架与陆坡区为主要研究对象，选取沉降颗粒、沉积物以及沉积柱，进行多种有机参数对比研究，从而，探寻上层海冰变化在下层水体和沉积中的记录。1、通过捕获器采集的样品，可以看到，沉降颗粒通量的季节性变化可能与上层海冰的季节性形成与消融过程一致，而颗粒有机碳通量的变化则与上层浮游植物的生长变化有所对应；季节性变化的高碳数正构烷烃强调了海冰边缘区（MIZ）和无冰情况下陆源输入的增强；硅藻、甲藻与冰藻标志物的同步增加，很可能代表着上层海冰消退，进入冰边缘状态的信号。2、研究区域表层沉积物的粒度与比表面分析表明水力分选导致了楚科奇海陆架与陆坡区域颗粒物粒径的差异；根据OC含量和比表面之间关系的判断，陆源的岩石有机碳在陆架与陆坡区占有一定比例且存在差异；IP25结果看，海冰消融与形成在北纬70-75°范围较为强烈；木质素酚结果表明，裸子植物较被子植物的贡献更多，草本植物较木本植物更占优势；C/N比，δ13C值与BIT指数的三端源计算发现，研究区域海源占主导，土壤来源最小，而植物来源较高。3、在沉积柱中，多参数研究发现，陆源有机碳、IP25和浮游植物标志物（菜籽甾醇等）三者的沉积通量都达到最大时可能对应某个冰退事件。从得到的结果看，通过多参数共同研究，有望更全面地分析北极有机质来源，从而探讨气候变化背景下，海冰快速变化对生地化过程的影响。