《海洋试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室在西太平洋暖池的全球碳循环效应方面取得新进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2020-03-06
  • 国际地学刊物《第四纪科学评论》(Quaternary Science Reviews,地学领域顶级期刊)于2020年2月17日在线发表了海洋试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室徐兆凯研究员(第一作者)和李铁刚研究员(通讯作者)与法国巴黎南大学、美国路易斯安那州立大学、韩国海洋科学技术院、中国科学院海洋研究所、自然资源部第一海洋研究所和山东理工大学等单位合作的最新研究成果“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(第四纪低海平面阶段西太平洋暖池西部边缘地区增强的陆源有机质输入和生物生产力:驱动机制和全球碳循环指示意义)”。他们基于多学科交叉和多圈层集成,证实了晚第四纪冰期阶段研究区在全球碳循环中的重要“汇”作用,进一步丰富了亚洲大陆边缘“源?汇”过程的研究内容。

    西太平洋暖池为全球海洋系统的重要组成部分以及大气热量和水汽的重要贡献者,进而影响着全球气候和碳循环。然而,科研界对其生态系统和生物地球化学循环过程的控制机制存在着明显争议:温跃层变化和陆源物质输入。这主要是因为相关研究多聚焦于前者变化显著但后者贡献有限的暖池中、东部(即远离陆地/岛屿的开阔大洋区),因而可能低估了后者的重要性。

    上述科研人员通过系统对比暖池西部纬向岩芯剖面的水动力、陆源有机质输入、海表生物生产力及海底氧化?还原环境方面高分辨率综合记录,首次明确了晚第四纪冰期阶段研究区增强的陆源物质输入对海底碳埋藏的积极促进作用:1、以吕宋岛为代表的热带火山岛弧地区(约占全球陆地面积的1%)大陆架的广泛出露及出露大陆架上松散硅酸盐的强风化剥蚀作用可以消耗大量大气CO2(即“硅酸盐风化假说”,贡献了此时大气CO2浓度降低量的约10%;图2),且其产物的入海可以为大陆坡等海区带来丰富的陆源有机质和营养元素(如硅),进而导致此处的海表生物生产力勃发、海底还原环境及海底碳的大量埋藏;2、亚洲风尘物质及其所携带的营养元素(如铁和硅)输入量的增加也可以引起深海区(约占全球海洋面积的0.08%)类似现象的发生(即“铁假说”,贡献了此时大气CO2浓度降低量的约1.3%)。

    本研究得到了海洋试点国家实验室鳌山科技创新计划(2016ASKJ13)等项目的资助。

    论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0277379119305724

  • 原文来源:http://www.qnlm.ac/page?a=5&b=2&c=217&d=1&p=detail
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    • 2019年6月15日,国际著名地学学术期刊《地球科学论评》(Earth-Science Reviews)发表了题为“Eastward tectonic migration and transition of the Jurassic-Cretaceous Andean-type continental margin along Southeast China”(侏罗纪-白垩纪期间华南安第斯型陆缘向东的构造迁移和转换)的研究成果。此项成果由海洋试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室索艳慧副教授和海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室李三忠教授、周洁博士等合作完成。 侏罗纪、白垩纪期间西太平洋安第斯型陆缘的陆缘结构和构造迁移过程 西太平洋陆缘中生代期间为安第斯型活动陆缘已成为学术共识,并存在大量的岛弧岩浆岩、弧后前陆盆地等证据。因海域资料的匮乏,就该安第斯型活动陆缘的发育位置、完整结构、演化过程及其动力学机制缺乏统一的研究。文章通过对南海、东海海域的地震剖面和岩浆岩的地化分析工作,海陆结合,并借助Bandlands (Basin and Landscape Dynamics,盆地地貌动力学)软件的古地貌重建工作,厘定了侏罗纪-白垩纪期间华南安第斯型陆缘弧后前陆盆地-陆缘岩浆弧-弧前盆地的完整结构、揭示了其向东的构造迁移和转换特征。结论如下: (1)古太平洋板块于早侏罗世早期(~ 200 Ma)俯冲启动,华南陆缘由被动陆缘转换为挤压构造背景的安第斯型活动陆缘。在东海海域形成一条北东东向(NEE)、西至政和-大埔断裂、东至东海雁荡低凸起的陆缘岩浆弧,在古地貌重建方案上显示为一条高达4000米的海岸山脉;江山-绍兴断裂以西的浙西北地区发育向西的褶皱-冲断带和磨拉石建造、为该时期的弧后前陆盆地;雁荡低凸起以东的东海区域发育一些列向海的叠瓦式逆冲断层和海相沉积,为该时期的弧前盆地。而南海北部区域位于特提斯构造域和太平洋构造域的转换部位,其弧后-岩浆弧-弧前系统转为北东东向(NEE)展布,白云凹陷和潮汕坳陷为该时期的弧前盆地。 (2)古太平洋板块于早白垩世早期(~ 135 Ma)发生俯冲后撤,华南安第斯型陆缘由挤压转换为弧后伸展构造背景。古地貌重建方案上显示为白垩纪期间海岸山脉的垮塌、构造上表现为浙西北和东海地区的逆冲推覆构造反转为拆离断层,陆缘岩浆弧向东迁移至台湾-琉球地区。而南海北部地区由于受到来自南部的微陆块的碰撞作用,其陆缘岩浆弧位置未发生迁移。135~100 Ma期间,该微陆块碰撞作用迁移至华南陆内,华南陆缘以左旋压扭应力场为主。 (3)100~72 Ma期间,古太平洋板块继续俯冲后撤,古南海弧后扩张,华南安第斯型活动陆缘逐渐转换为西太平洋型活动陆缘。华南陆缘断陷盆地广泛发育,围限南海北部陆缘岩浆弧的逆冲断层也反转为拆离断层、南海北部陆坡表现为一个北东东向(NEE)展布的伸展裂陷盆地。晚白垩世晚期(72~66 Ma),太平洋板块开始代替古太平洋板块俯冲于欧亚大陆之下,受太平洋板块-古太平洋板块洋中脊俯冲作用的影响,华南陆缘转换为挤压构造背景。 《地球科学论评》(Earth-Science Reviews)创刊于1966年,主要出版地球科学和行星科学领域新进展的综合论述、书评以及国际学术动态报道,属于地学SCI一区TOP刊物,在地学领域拥有广泛的学术影响力。
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    • 编译者:liguiju
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    • 近日,由青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室首席科学家张荣华研究员科研团队在北太平洋涩度年代际变化及其气候效应等方面的研究取得新进展,首次从Argo观测资料中发现海水涩度信号存在一个完整的年代际循环过程。 海洋中存在两种类型的温盐关系,一种是温盐变化对海水密度影响是非补偿性的,对密度产生显著的增强效应。另一种是温盐变化对海水密度的影响是相互补偿的,可引入涩度这一状态量来描述对海水密度相互补偿的温度和盐度变化现象,如暖而咸(或冷而淡)的海水具有高(低)的涩度,可通过等密度分析来具体定量估算。两种温盐关系对应于不同的强迫和反馈过程,对海水密度等产生不同的影响和气候效应。已有分析表明,涩度信号具有很好的守恒性,便于追踪,从而可用涩度来表征年代际时间尺度上温盐扰动所具有的清晰一致的结构特征和时空演变。但由于缺少观测资料,目前对涩度的认知还很有限,其在连接热带外与热带间表征年代际时间尺度上次表层海洋通道的作用还没有明确的观测证据,特别需要利用长期观测资料来更系统地刻画涩度信号的时空演变。 为此,张荣华研究团队利用Argo观测到的温度和盐度数据,研究了北太平洋涩度年代际异常及其在海盆尺度上的时空演变特征。利用等密度分析得到涩度变率的三维空间分布,首次发现北太平洋涩度变率存在一个完整的年代际循环过程,分别由一个暖而咸和一个冷而淡的过程所组成。其中暖而咸的涩度正异常信号在2007-2013年间从东北太平洋潜沉进入次表层,之后沿北太平洋副热带流涡顺时针向西南热带海区平流,于2014-2015年到达热带太平洋西边界海区,信号强度明显减弱。另一个海水特性相反的冷而淡的涩度负异常在2014-2020年间也有着类似的演变过程。通过进一步追踪涩度年代际异常的平流轨迹,研究发现等密度面上流函数等值线可以充分显示出从东北太平洋露头区到热带西边界的潜沉通道。在海盆尺度上涩度信号演变和相位转换过程中,温跃层潜沉通道中的温度和盐度变化具有高度一致性,反映出对密度的补偿特性。此外,当涩度信号中心传到热带太平洋海区时对应于局地温盐结构的改变,从而产生远程的下游效应,如影响热带海区的层结和稳定度、上层海洋混合等动力过程,进而对热带海洋热力和动力场产生影响(包括海表温度)。如此,在年代际尺度上,起源于东北太平洋潜沉过程的涩度信号,表现出沿北太平洋副热带流涡的传播特征和时空演变。 当前学界关于太平洋热带外与热带间相互作用的研究较多地关注于大气过程,对海洋作用的研究比较匮乏。本工作通过分析由盐度效应所引入的涩度这个变量,发现温跃层中的涩度信号在等密度面上有较好的守恒性,反映了海洋中的气候信号长时间记忆能力。这种通过涩度年代际变率的识别及其传播路径的确定,揭示出热带外海洋与热带间存在一个海洋通道(图2),这一潜沉通道的发现有助于阐释北太平洋热带外-热带间海洋过程相互作用和机制,为建立发生在北太平洋的太平洋年代际涛动(PDO)和发生在热带太平洋的ENSO之间的关联提供观测证据,对于解释ENSO 的多样性和年代际变化等有重要意义。 上述研究成果近期发表于学术期刊Advances in Atmospheric Sciences(大气科学进展),由海洋动力过程与气候功能实验室在读博士研究生周光辉为第一作者,张荣华研究员为通讯作者完成。研究成果获得中国科学院海洋大科学研究中心、海洋试点国家实验室、中国科学院第四纪科学与全球变化卓越创新中心、中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金等的资助。 文章链接:https://doi.org/10.1007/s00376-021-1358-6.