廈門大學(xué)黃毅彬副教授與黃邦欽教授團(tuán)隊利用剖面浮標(biāo)揭秘邊緣海深海碳脈沖！

科研進(jìn)展

RESEARCH PROGRESS

近日，廈門大學(xué)海洋生物地球化學(xué)全國重點(diǎn)實(shí)驗室黃毅彬副教授（海洋與地球?qū)W院）與黃邦欽教授團(tuán)隊（臺灣海峽海洋生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站、環(huán)境與生態(tài)學(xué)院），在南海深海碳通量高頻變化規(guī)律及其調(diào)控機(jī)制研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“Physical dynamics modulate deep-sea carbon flux in the western Pacific marginal sea”為題，發(fā)表于期刊Limnology and Oceanography。

該研究利用生物地球化學(xué)剖面浮標(biāo)實(shí)現(xiàn)1000 m深顆粒有機(jī)碳通量連續(xù)三年高頻觀測，揭示了季節(jié)性氣旋渦和沿岸急流驅(qū)動深海碳通量脈沖的機(jī)制。

研究背景

Background

生物泵通過將表層浮游植物固定的顆粒有機(jī)碳（POC）持續(xù)輸送至深海，在海洋長期碳封存和全球碳循環(huán)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。通常認(rèn)為，只有顆粒有機(jī)碳沉降至1000 m甚至更深海域，才能實(shí)現(xiàn)百年以上尺度的碳儲存，因此深海POC通量是評估海洋碳匯能力的重要指標(biāo)。然而，受傳統(tǒng)沉積物捕獲器觀測周期長、空間覆蓋稀疏等因素限制，深海POC通量的連續(xù)、高時間分辨率觀測長期缺乏，目前對于其季節(jié)演化規(guī)律及關(guān)鍵驅(qū)動過程的理解仍存在明顯不足。

研究結(jié)果

Research Results

研究團(tuán)隊利用廈門大學(xué)在南海西南部布放的生物地球化學(xué)剖面浮標(biāo) (Bio-Argo) 所搭載的透射計（Transmissometer）作為“光學(xué)沉積物捕獲器”，實(shí)現(xiàn)了1000 m深顆粒有機(jī)碳通量的連續(xù)監(jiān)測（圖1）。同時，通過集成Bio-Argo攜帶的溫鹽、溶解氧、葉綠素等多種物理、生物和光學(xué)傳感器，構(gòu)建了覆蓋真光層、弱光層直至深海的生物泵關(guān)鍵過程連續(xù)觀測體系，實(shí)現(xiàn)了從初級生產(chǎn)、顆粒輸出到深海碳封存全過程的同步監(jiān)測。

圖1.Bio-Argo運(yùn)行軌跡及其搭載的透射計（可作為“光學(xué)沉積物捕獲器”）

高頻觀測解析物理過程對深海碳輸出的調(diào)控

基于Bio-Argo連續(xù)三年觀測結(jié)果估算，研究海域年平均凈初級生產(chǎn)力、真光層POC輸出通量和1000 m深POC通量分別為24.4 ± 6.4、3.3 ± 1.3和0.2 ± 0.1 mol C m-2 yr-1，對應(yīng)的真光層輸出效率和深海碳傳輸效率分別約為13%和6%。利用Bio-Argo估算得到的生物泵關(guān)鍵過程速率與歷史船基觀測結(jié)果高度一致，驗證了利用Bio-Argo連續(xù)監(jiān)測深海碳通量的可靠性。高時間分辨率連續(xù)觀測進(jìn)一步揭示了物理動力過程對深海碳輸出的重要調(diào)控作用（圖2）。每年7–9月浮標(biāo)多次記錄到季節(jié)性氣旋渦事件，其通過上升流將深層富營養(yǎng)鹽輸送至真光層，促進(jìn)浮游植物生長及顆粒有機(jī)碳生成，使凈初級生產(chǎn)力、真光層POC輸出通量和1000 m深POC通量分別達(dá)到非渦旋時期的1.5倍、1.8倍和1.7倍。除氣旋渦外，浮標(biāo)還于2018年4–6月記錄到一次沿岸急流事件，使1000 m深POC通量較2017年同期增加約1.9倍。研究表明，邊緣海深海碳輸出不僅受表層初級生產(chǎn)過程控制，還受到陸架–海盆橫向輸送過程的重要調(diào)節(jié)，揭示了物理動力過程對深海碳循環(huán)的重要影響。

圖2.生物泵關(guān)鍵碳通量的高頻變化及其對物理過程的響應(yīng)

不同粒徑顆粒具有顯著不同的深海輸送效率

基于透射計對不同粒徑顆粒的響應(yīng)特征，研究進(jìn)一步區(qū)分了大顆粒和小顆粒對深海POC通量的貢獻(xiàn)（圖3）。結(jié)果表明，大顆粒主導(dǎo)了深海POC通量的變化，在氣旋渦和沿岸急流影響期間，其貢獻(xiàn)約占深海總POC通量的70%，說明物理過程主要通過增強(qiáng)大顆粒輸出促進(jìn)深海碳輸送。

時間滯后分析進(jìn)一步揭示了不同粒徑顆粒具有顯著不同的輸送時間尺度。大顆粒由真光層沉降至1000 m僅需15 ± 4天，對應(yīng)平均沉降速度68 ± 22 m d-1；小顆粒則需54 ± 6天，對應(yīng)沉降速度17 ± 2 m d-1。這一結(jié)果定量刻畫了不同粒徑顆粒向深海輸送的效率及時間尺度，為理解海洋生物泵效率及深海碳封存過程提供了關(guān)鍵的觀測證據(jù)。

圖3.不同粒徑顆粒對深海POC通量的貢獻(xiàn)及其輸送時間滯后

研究意義及展望

Significance and Prospects

該研究展示了Bio-Argo在連續(xù)監(jiān)測“表層生產(chǎn)-顆粒輸出-深海碳封存”全過程方面的獨(dú)特優(yōu)勢，揭示了邊緣海深海碳輸出受氣旋渦和沿岸急流共同調(diào)控的重要機(jī)制。研究成果為構(gòu)建區(qū)域海洋碳循環(huán)長期觀測體系、提高海洋碳匯評估精度、優(yōu)化海洋生物地球化學(xué)模型提供了新的觀測手段和科學(xué)依據(jù)，也為未來全球Bio-Argo觀測網(wǎng)絡(luò)拓展深海碳循環(huán)監(jiān)測能力提供了重要示范。

研究團(tuán)隊及資助

Research Group and Funding

該論文第一作者為廈門大學(xué)2020級博士畢業(yè)生徐超，通訊作者為廈門大學(xué)黃毅彬副教授和黃邦欽教授，共同作者還包括自然資源部第二海洋研究所邢小罡研究員、廈門大學(xué)邱國強(qiáng)博士、法國索邦大學(xué)Antoine Poteau工程師、廈門大學(xué)王海黎教授級高級工程師、胡建宇教授和柴扉教授。該研究獲得國家自然科學(xué)基金項目（42130401、42406099、42141002、42376117）、廈門市自然科學(xué)基金項目（3502Z202472006）和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項資金（20720240105、20720240053）的聯(lián)合資助。

論文來源及鏈接

Xu, C., Huang, Y., Xing, X., Qiu, G., Poteau, A., Wang, H., Hu, J., Chai, F., Huang, B. 2026. Physical dynamics modulate deep-sea carbon flux in the western Pacific marginal sea. Limnology and Oceanography, 71: e70440.

https://doi.org/10.1002/lno.70440

供稿 | 徐超 黃毅彬 黃邦欽

編輯 | 房月

排版 | 陳蕾

審核 | 楊偉鋒 萬顯會

• 信息來源：中國海洋大學(xué)。

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