南极普里兹湾近现代海洋生产和碳沉积记录及其对全球气候变化的响应

本项目研究针对南极普里兹湾海洋上层水体、沉降颗粒物和底部沉积物，分析有机碳、生物硅、总氮和生物成因钡等多种生物标志物指标及其所反映的海洋生产与环境演变信息，结合年代地层学、地质学、沉积学、海洋生态学等多门学科，运用生物地球化学方法，获取该海域碳等生源物质的沉积记录和埋藏通量，并应用数学模型反演近现代百年尺度上南极普里兹湾的海洋生产力，结合布放沉积物捕获器直接获取的水柱沉降物质信息，从而将上层海洋生产、水柱沉降过程和底部沉积记录三者密切联系起来，定量提取以往海洋环境变化，建立这些指标与现代环境参数之间的关系。通过对南极普里兹湾沉积速率和碳等生源物质埋藏通量的计算，在百年时间尺度上评估南极海洋沉积记录对上层海洋过程的响应，通过以上研究和对比，有助于我们深入了解近现代南极海洋生产对大气CO2升高的响应及反馈，进而揭示极区海洋在全球碳循环和气候变化过程中的作用。

本项目利用中国南极科学考察在普里兹湾海域开展的多个调查航次，探讨了上层海洋环境、沉降颗粒物质和沉积物中的生源要素分布及沉积通量，并利用生物标志物反演了近百年来上层海洋环境的变化。结果表明：海水颗粒有机碳湾含量与叶绿素a、生物硅和浮游植物细胞丰度等均具有良好的正相关关系，而与营养盐呈负相关关系。初级生产力多年来实测平均值为0.91±0.52 gC•m-2•d-1，浮游植物以硅藻占绝对优势，优势度可达80%以上。沉降颗粒物质全年通量为74.31 g•m-2•a-1，其中夏季约90天时间内的沉降通量占66 %。沉积物中有机碳含量与生物硅具有良好的一致性，占有优势地位的硅藻群落是有机质沉降和埋藏的主要贡献者。湾内有机碳沉积通量平均为4 g C m-2 a-1，占上层海洋初级生产力的4.9 %，表明研究海域具有较高的生物泵效率。利用生物标志物反演结果表明近几十年研究海域生产力呈上升趋势，并与海表温度趋势相同，且都与厄尔尼诺暖事件呈对应关系，反映出极区海洋沉积记录信息不仅能够反映上层海洋环境的变化，还与全球气候变化密切相关。