海洋所提出熱帶西太平洋顆粒有機碳垂向轉(zhuǎn)化與分層的新機制
近日,中國科學(xué)院海洋研究所海洋生源物質(zhì)循環(huán)與海洋碳匯過程研究團隊在國際學(xué)術(shù)期刊Ocean Science上發(fā)表研究論文,從穩(wěn)定碳同位素(δ13C)視角研究提出了熱帶西北太平洋顆粒有機碳的垂向轉(zhuǎn)化過程與分層的新機制。
海洋每年吸收約26億噸大氣二氧化碳。其中,顆粒有機碳(POC)通過“生物泵”過程從表層輸送到深海,實現(xiàn)長期碳封存。然而,POC在沉降過程中會經(jīng)歷復(fù)雜的合成與降解過程,但其轉(zhuǎn)化機制尚不明確。研究團隊基于2022年“科學(xué)”號西太航次數(shù)據(jù),通過分析POC、DIC及其δ13C值的垂直分布,發(fā)現(xiàn)該海域POC轉(zhuǎn)化存在三個明顯的生物地球化學(xué)層:POC快速合成-降解層(0~300米)、凈降解層(300~1000米)和穩(wěn)定層(1000~2000米)。

圖1?研究區(qū)域站位
在快速合成-降解層中,δ13C-POC與C:N呈顯著負相關(guān),但與POC濃度無顯著關(guān)系,表明其變化受控于選擇性降解和光合作用的共同影響。在凈降解層,光合作用基本停止,POC降解占據(jù)絕對主導(dǎo)。此時POC中δ13C較重的易降解組分(如氨基酸和糖類)的大量選擇性降解導(dǎo)致δ13C-POC值隨深度增加逐漸降低。在穩(wěn)定層,POC濃度較低且主要由難降解的脂質(zhì)組成,在低溫、高壓等環(huán)境限制下,POC降解速率顯著減緩,其向DIC的轉(zhuǎn)化極為有限。因此,盡管該層的POC濃度較低,但其長期穩(wěn)定埋藏對深海碳匯的貢獻不容忽視。

圖2?熱帶西北太平洋地區(qū)(a)POC與δ13C-POC、(b)DIC與δ13C-DIC的垂直分布特征
研究還從δ13C角度劃分了海洋水柱中POC轉(zhuǎn)化的3個生物地球化學(xué)層,提出以氨基酸為代表的活性組分的優(yōu)先降解是驅(qū)動δ13C-POC變化的主要因素。該研究深化了對海洋碳循環(huán)過程的認識,為構(gòu)建更精確的海洋碳循環(huán)模型提供了重要的理論支撐。

圖3?各層δ13C-POC與C:N及δ13C-DIC的關(guān)系
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士畢業(yè)生田德統(tǒng),李學(xué)剛和宋金明研究員為共同通訊作者,馬駿、袁華茂、段麗琴等為合作作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等項目的支持。
論文信息:
Tian, D., Li, X.*, Song, J.*, et al. (2025). Biogeochemical layering and transformation of particulate organic carbon in the Tropical Northwestern Pacific Ocean inferred from δ13C. Ocean Science, 21, 1627–1639. https://doi.org/10.5194/os-21-1627-2025
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