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邹欣庆教授课题组在《Journal of Geophysical Research

文章作者:产品测评 上传时间:2019-12-12

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海洋是重要碳汇,在当今全球变化的背景下,海洋碳汇演变机制及未来发展趋势受到越来越多的重视。海洋沉积物中有机碳的埋藏是海洋碳循环的重要组成部分,海洋对大气CO2吸收的重要性仅次于陆地硅酸盐的风化过程。而占全球海洋面积仅8%的边缘海,其年埋藏有机碳却占全球的80%。因此,需要客观评估边缘海在整个海洋碳收支中的作用。由于海洋中不同来源有机质的埋藏,对碳汇的贡献意义不同,因此需要详细解析沉积有机碳的来源和组成。

图 1 封面(世界范围内主要海域PAHs的沉降通量分布图)

以往对中国边缘海碳埋藏的研究主要集中于大江/河河口及东部陆架地区,而对受到较强的洋流、沿岸上升流和小河流输入等因素影响的非三角洲大陆架区域研究较少。近期,中国科学院广州地球化学研究所博士生廖伟森和导师胡建芳以台湾海峡及北部湾为研究对象,对沉积物开展了系统的有机地球化学研究,探讨了不同水动力等因素影响下边缘海有机碳来源、埋藏及源汇作用:

南京大学地理与海洋科学学院、海岸与海岛开发教育部重点实验室的邹欣庆教授课题组有关我国近海环境中多环芳烃环境行为方面的研究获得重要进展,相关成果以“Distribution pattern and mass budget of sedimentary polycyclic aromatic hydrocarbons in shelf areas of the Eastern China Marginal Seas”为题,以封面论文形式发表在著名地学综合性刊物《Journal of Geophysical Research: Oceans》上(J. Geophys. Res. Ocean. .122, : 4990-5004.)。该论文的第一作者为南京大学地理与海洋科学学院2017级博士研究生王成龙,通讯作者为邹欣庆教授。

台湾海峡是一个典型的非三角洲大陆架区域,受到较强的洋流、沿岸上升流和小河流输入等因素的影响。为了更好地了解这些因素如何影响台湾海峡有机碳的埋藏,课题组通过对台湾海峡表层沉积物的系统采样,研究了沉积有机质总有机碳及其稳定碳同位素(δ13Corg)、总氮和特征分子标志化合物——甘油二烷基甘油四醚的空间分布。结果表明:TOC和TN含量在近岸沉积物中较高,向台湾海峡中部逐渐减少,其分布受水动力条件和沿岸上升流控制。计算出的OC堆积速率 为1.9 - 47.2 g C/m2/yr,与中国边缘海的其他区域相似。基于三端元模型计算的各类来源OC的贡献结果显示:海洋OC主要埋藏在上升流区域,陆地植被和土壤来源的OC主要埋藏在河口区 。由于陆地植被和海洋来源的易降解OC是台湾海峡埋藏OC的主要组成部分,台湾海峡在全球碳循环中是大气CO2的汇。

PAHs是一类环境中广泛存在的,可对环境和人体健康造成不良影响的典型持久性有机污染物,其一般具有持久性、半挥发性、长距离迁移、生物蓄积性和高毒性。海洋被认为是PAHs最重要的“汇”,人类活动产生的大量PAHs进入环境介质中后会随着大气和河流进入到海洋,其在海洋环境中的赋存和迁移转化也是目前管理部门和科学家高度关注的热点。近年来,南京大学邹欣庆教授所领导的研究团队已经在近海环境中PAHs环境行为和生态效应领域开展了大量研究,前期研究已经发表了多篇高质量SCI论文,如:Chemosphere,Marine Pollution Bulletin等。

北部湾是南海北部的一个半封闭海湾,有着众多亚热带小河流的输入。通过对北部湾及相关河流表层沉积物的系统采样,研究了北部湾亚热带河口沉积OC的来源及其空间分布。TOC及δ13Corg,TN及δ15N和GDGTs的空间分布显示:陆源OC含量从茅尾海向钦州湾外湾、从河流到河口呈下降趋势;BIT(支链/类异戊二烯GDGTs)指数也从茅尾海向钦州湾、从河流向河口湾逐渐减小,指示土壤OC主要通过河流输送到北部湾;陆源OC主要分布在海岸及其邻近区域。茅尾海沿岸相对较高的GDGT-0/Crenarchaeol比值和较高的δ15N值都表明受人类活动影响,北部湾海域接受了大量的氮元素输入,可造成海水短暂缺氧。研究结果表明,在人类活动增加的背景下,需要采用多指标/方法对河口地区沉积OC进行详细的源解析,以客观评估边缘海在整个海洋C收支中的作用。

本研究是对该领域前期成果的进一步深化,以我国东部陆架海域表层沉积物中PAHs浓度数据为基础,结合研究区沉积物粒度、有机碳含量以及区域海洋动力条件等资料,首次获取了整个中国东部海域表层沉积物中PAHs的分布模式,并探究了其可能的影响因素。此外,本研究以沉积过程为基础,估算了研究区PAHs的年沉降通量,并进一步结合物质守恒原理建立了研究区PAHs的收支平衡。研究结果表明,研究区PAHs分布特征主要受区域动力条件以及沉积物理化特性(粒度、有机碳含量、沉积速率等)的影响,PAHs高值区主要分布在泥质沉积区;源解析结果显示研究区多环芳烃的来源具有明显的空间差异,这与我国南北社会经济结构的差异有关;研究区PAHs的埋藏通量处于11.2-1308 ng cm-2yr-1,平均埋藏通量约为101±104 ng cm-2yr-1,研究区范围内的年埋藏通量约为494 t;收支平衡研究表明,PAHs主要来源于河流径流和大气沉降,分别贡献了PAHs总入海通量的28.4%和71.6%,每年约有10.2 t的PAHs通过水流交换由渤海输入到黄海海域;此外,在东海陆架跨陆架输运的作用下,约有21%左右的入海PAHs被输送到外陆架区域。该项研究全面深入的探讨了我国东部陆架海域表层沉积物中PAHs的分布模式和收支平衡,可以为边缘海PAHs的环境行为提供研究范例,也可为我国近海PAHs污染防治以及生态系统健康评价提供决策参考和理论支撑。

上述成果得到国家重点研发项目(No.2016YFA0601204)、国家自然科学基金面上项目(No. 41576053)和有机地球化学国家重点实验室自主创新课题(SKLOGA201603B) 的资助,相关成果分别发表在国际刊物Journal of Geophysical Research:OceansMarine Chemistry上。

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论文信息:

图 2 中国东部海域表层沉积物PAHs浓度, 有机碳含量和沉积速率分布图

[1] Liao, Weisen; Hu, Jianfang; Peng, Ping'an. Burial of Organic Carbon in the Taiwan Strait. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-OCEANS67777.com,, 2018, 123: 6639-6652. DOI: 10.1029/2018JC014285

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