巽他陆架大洋钻探预研究取得重要进展:定量评估中新世巽他陆架沉积体系碳封存对全球气候变化的促进作用

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近日,海洋地质国家重点实验室(同济大学)深海沉积学团队在国际知名地学期刊Geophysical Research Letters上发表巽他陆架大洋钻探预研究成果:“Carbon Sequestration of the Middle Miocene Sunda Shelf Facilitated Global Climate Change”。该项工作首次定量评估了中中新世时期巽他陆架沉积物和碳封存的总量及速率(图1),探讨了陆架有机碳埋藏在不同气候背景下对全球气候的调控机制,提出中中新世气候转型期,巽他陆架暴露导致的陆地碳库扩张及埋藏加速可能至少贡献了全球1/6的大气二氧化碳(pCO2)减少量

巽他陆架大洋钻探预研究取得重要进展:定量评估中新世巽他陆架沉积体系碳封存对全球气候变化的促进作用

图1 巽他陆架地理位置、水深特征及站位分布

新生代以来,大气pCO2与全球气候演化密切相关,且将继续影响未来气候变化。在构造时间尺度上,大气pCO2主要受控于火山喷发和变质过程中的排气、及硅酸盐风化和有机碳埋藏的消耗。其中,有机碳埋藏直接与海洋和陆地植物光合作用相关,可与大气CO2发生快速相互作用,并通过多种反馈机制影响气候变化。陆架,尽管仅占全球海洋7-10%的面积,但贡献了海洋有机碳埋藏总量的80%,在全球有机碳埋藏过程中极为重要。然而,少有工作直接定量评估特定陆架有机碳埋藏在地质历史时期重大气候变化中的作用。

为弥补上述不足,本研究以低纬区最大的陆架—巽他陆架为目标,系统收集了钻穿中中新世的367口油气井(图1),利用地层厚度、总有机碳(TOC)数据定量计算了中新世气候适宜期(Miocene Climatic Optimum, MCO)和中中新世气候转型期(Middle Miocene Climate Transition, MMCT)巽他陆架沉积物、有机碳埋藏以及pCO2封存的总量和速率,同时结合裂解烃(S2)数据界定了不同阶段有机质类型(图2),取得以下认识:

(1)中中新世巽他陆架埋藏的有机碳可能超过该阶段全球有机碳净埋藏的10%,是全球碳循环的重要一环。其中,MCO阶段有机碳埋藏总量较大,但MMCT阶段埋藏速率更高(图2a);

(2)MMCT阶段沉积体系碳封存加速、有机质从海源主导向陆源主导的转变、以及沉积堆积速率加快,三者同时发生(图2a-b),指示了MMCT时期陆地碳库的扩张和在巽他陆架区域的快速埋藏;

(3)陆架有机碳埋藏在MCO和MMCT阶段分别通过负、正反馈机制调控pCO2(图2c-d)。即便假设潜在的火山排气强度在MMCT没有明显减弱,巽他陆架加速的碳封存也可以贡献该阶段至少1/6的pCO2减少量

巽他陆架大洋钻探预研究取得重要进展:定量评估中新世巽他陆架沉积体系碳封存对全球气候变化的促进作用

图2 (a)沉积物和有机碳埋藏、pCO2封存总量及速率;(b)有机质类型;(c-d)MCO和MMCT阶段陆架沉积体系碳封存模式及气候调控机制

论文由海洋地质国家重点实验室深海沉积学团队马鹏飞副研究员(第一及通讯作者)和刘志飞教授、华东师范大学蒋美琛博士、中国地质大学(北京)研究生程汉、海口海洋地质调查中心张林博士和蔡砥柱博士合作完成。该研究受国家自然科学基金原创探索计划项目(42050102)、重点研发项目(2018YFE0202402)、上海科技创新行动计划项目(20590780200)、地质调查专项(ZD20220606)资助。

巽他陆架大洋钻探聚焦上新世—更新世热带巽他陆架的海平面升降、河系演变和碳循环历史,旨在检验低纬海洋大陆的地貌变迁及其碳储库演变是否驱动了上新世—更新世全球变冷。该研究将为气候变化的热带驱动开拓新途径,继续扩大我国在南海大洋钻探和基础研究上的主导权。建议书由海洋地质国家重点实验室刘志飞教授联合国内外19位科学家共同撰写,目前已通过IODP初步评审,计划2023年提交修改版。期待其成为中国多功能平台自主组织的首个国际大洋钻探航次,为中国联合引领2024年后国际大洋钻探计划奠定基础

Ma, P., Liu, Z., Jiang, M., Cheng, H., Zhang, L., & Cai, D. (2022). Carbon sequestration of the middle Miocene Sunda Shelf facilitated global climate change. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL100638. https://doi.org/10.1029/2022GL100638.

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撰稿 | 马鹏飞

编辑 | 李阳阳