大洋钻探新成果——量化第四纪阶段热带边缘海全球碳循环和气候变化效应

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所属分类:研究成果
摘要

   近日, 国际知名地学杂志《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》在线发表了中国科学院海洋研究所徐兆凯研究员与合作者的最新研究成果“Enhancements of Himalayan and Tibetan erosion and the produced organic carbon burial in distal tropical marginal seas during the Quaternary glacial periods: An integration of sedimentary records”。研究人员基于多学科交叉和多圈层集成,在国际上首次定量探讨了第四纪阶段喜马拉雅山-青藏高原周边热带边缘海的全球碳循环和气候变化效应,并进一步丰富了亚洲大陆边缘沉积物“源‒汇”过程的研究内容。

  近日,国际知名地学杂志《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》在线发表了中国科学院海洋研究所徐兆凯研究员与合作者的最新研究成果“Enhancements of Himalayan and Tibetan erosion and the produced organic carbon burial in distal tropical marginal seas during the Quaternary glacial periods: An integration of sedimentary records”。研究人员基于多学科交叉和多圈层集成,在国际上首次定量探讨了第四纪阶段喜马拉雅山-青藏高原周边热带边缘海的全球碳循环和气候变化效应,并进一步丰富了亚洲大陆边缘沉积物“源‒汇”过程的研究内容。

  现今,喜马拉雅山-青藏高原高海拔地区的强物理剥蚀作用是地球上最为典型的地表过程之一,进而为其周边海域提供了巨量的陆源物质。例如,仅孟加拉湾地区沉积的、上述来源为主的有机碳通量就占到了当前全球海洋中有机碳埋藏总量的~10%-20%,这也与前人对该地区晚新生代以来构造时间尺度上的研究结果高度一致(平均为15%)。然而,迄今为止科研界对于第四纪阶段这些热带边缘海区在全球碳循环和气候变化中的重要性仍知之甚少,尤其是在定量评估层面上。

  研究人员通过系统对比阿拉伯海(IODP 355航次U1456和U1457站位及ODP 722站位)、孟加拉湾(IODP U1445和U1452站位)和南海南部(ODP 1143站位)多个大洋钻探和其他航次岩芯(图1)的高分辨率综合沉积记录发现:第四纪冰期阶段喜马拉雅山-青藏高原高海拔地区的物理剥蚀作用增强,再加上此时南海南部广泛出露大陆架上松散沉积物的活跃化学风化作用,为研究区带来了大量的陆源碎屑物质、营养物质和有机质,进而刺激了海表生物生产力的勃发及海底有机碳埋藏通量的增加(图2)。这可解释第四纪冰期阶段大气CO2浓度降低量的~7%。再结合该研究团队之前报道的第四纪冰期广泛出露的热带大陆架上松散硅酸盐强化学风化作用的CO2消耗能力(占其降低量的~19%),可见热带地区对第四纪冰期阶段CO2浓度降低(占其降低量的~1/4)和全球变冷的重要贡献。上述研究工作对人类更好地认识和预测热带地区在全球变化中的作用有着重要的科学意义。

大洋钻探新成果——量化第四纪阶段热带边缘海全球碳循环和气候变化效应

图1 研究站位(红点)及主要参考岩芯(白点)分布

大洋钻探新成果——量化第四纪阶段热带边缘海全球碳循环和气候变化效应

图2 第四纪冰期间冰期阶段阿拉伯海与孟加拉湾地区的碳埋藏作用示意图

  论文的第一作者为中国科学院海洋研究所徐兆凯研究员,主要合作者包括中国科学院海洋研究所万世明研究员和常凤鸣研究员、自然资源部第一海洋研究所李铁刚研究员(通讯作者)、法国巴黎-萨克雷大学Christophe Colin教授、美国路易斯安那州立大学Peter D. Clift教授和韩国海洋科学技术院Dhongil Lim研究员(通讯作者)等。相关研究成果得到了中国大洋发现计划(IODP-China)、国家自然科学基金、国家自然科学基金委员会-山东省人民政府海洋科学研究中心联合资助项目、中国科学院战略性先导科技专项、国家海洋局全球变化与海气相互作用专项、青岛海洋科学与技术试点国家实验室鳌山科技创新计划和中国科学院科技创新交叉与合作团队等项目联合资助。

  

  相关论文信息: 

Zhaokai Xu, Shiming Wan, Christophe Colin, Peter D. Clift, Fengming Chang, Tiegang Li, Hongjin Chen, Mingjiang Cai, Zhaojie Yu, Dhongil Lim. Enhancements of Himalayan and Tibetan erosion and the produced organic carbon burial in distal tropical marginal seas during the Quaternary glacial periods: An integration of sedimentary records. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 2021, 126: e2020JF005828. https://doi.org/10.1029/2020JF005828.

Zhaokai Xu, Shiming Wan, Christophe Colin, Tiegang Li, Peter D. Clift, Fengming Chang, Rongtao Sun, Zhaojie Yu, Dhongil Lim. Enhanced terrigenous organic matter input and productivity on the western margin of the Western Pacific Warm Pool during the Quaternary sea-level lowstands: Forcing mechanisms and implications for the global carbon cycle. Quaternary Science Reviews, 2020, 232:106211. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106211.

Zhaokai Xu, Tiegang Li, Peter D. Clift, Shiming Wan, Xiaohua Qiu, Dhongil Lim. Bathyal records of enhanced silicate erosion and weathering on the exposed Luzon shelf during glacial lowstands and their significance for atmospheric CO2 sink. Chemical Geology, 2018, 476: 302-315. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.11.027.

Shiming Wan, Peter D. Clift, Debo Zhao, Niels Hovius, Guy Munhoven, Christian France-Lanord, Yinxi Wang, Zhifang Xiong, Jie Huang, Zhaojie Yu, Jin Zhang, Wentao Ma, Guoliang Zhang, Anchun Li, Tiegang Li. Enhanced silicate weathering of tropical shelf sediments exposed during glacial lowstands: A sink for atmospheric CO2. Geochemica et Cosmochimica Acta, 2017, 200: 123-144. http://dx.doi.org/10.1016/j.gca.2016.12.010.

 

撰稿:徐兆凯

编辑:张 钊