Silicic acid uptake by marine diatoms and the biological pump of carbon during glacial periods: A case study in the eastern tropical Pacific

冰期期间海洋硅藻对硅酸的吸收和碳的生物泵:东热带太平洋的案例研究

基本信息

  • 批准号:
    NE/E017738/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35.2万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2008 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Variations in atmospheric CO2 concentrations have a profound impact on earth's climate. However, the causes of such changes are still poorly known. In particular, the fundamental role of the ocean in modulating the atmospheric carbon reservoir in the past still has to be clearly assessed. This knowledge is essential for predicting atmospheric CO2 concentrations and global climate in the future. The most plausible hypothesis currently put forward to explain lower CO2 during Glacial periods involves an increased biological pump of carbon and in particular higher relative proportion of organic carbon to inorganic carbon in settling particles, the so-called 'rain rate ratio'. According to this theory, one way to increase the rain rate ratio, and hence decrease pCO2, is to favour Si-secreting over CaCO3-secreting phytoplankton in the surface ocean by increasing the supply of silicic acid to the euphotic zone. This hypothesis is based on the assumption that marine carbon and silicate uptake by Si-secreting organisms are coupled and both depend on silicic acid availability. However, recent in situ and laboratory experiments have shown that under iron-limited conditions, additional supply of Fe decreases the Si to N (and C) uptake ratio by siliceous phytoplankton; that is more organic matter is produced conserving silicic acid. Silicic acid conservation under Fe replete conditions could lead to lower export of opal but unchanged or increased export of organic carbon and rain rate ratio. Given the much larger input of dust-borne Fe to glacial ocean, opal accumulation rate based interpretations of glacial-interglacial change in the intensity of the biological CO2 pump are currently suspect. The silicon isotopic signal of diatoms (d30Si), in sediments could be used along with opal and other geochemical proxies to reconstruct the degree to which silicic acid is conserved/utilised During glacial period in areas of the ocean currently limited by Fe. The Eastern Tropical Pacific is one such key area where there is large-scale limitation of Fe, widespread upwelling an out gassing of CO2 and large opal accumulation rates. We propose to use this area as a test bed and present preliminary data from the Gulf of California which shows for the first time millennial scale d30Si and confirms that silicic acid uptake by diatoms is an important factor controlling opal accumulation. The proposed study addresses two important questions surrounding opal production and accumulation in sediments and its relationship to rain rate ratio and the biological pump of carbon. (1) By reconstructing d30Si and opal accumulation in upwelling regions we will assess whether or not relative Si utilisation during diatom growth is an important control on opal accumulation in sedimentary records. (2) Through synoptic reconstruction Silicic acid relative utilisation in the Eastern Equatorial Pacific we will gauge if this regions contribution to lower glacial PCO2
大气中二氧化碳浓度的变化对地球气候有着深远的影响。然而,这种变化的原因仍然知之甚少。特别是,海洋过去在调节大气碳库方面的基本作用仍有待明确评估。这些知识对于预测未来大气CO2浓度和全球气候至关重要。目前提出的最合理的假设,以解释低CO2在冰期涉及增加生物泵的碳,特别是较高的相对比例的有机碳,无机碳在沉降颗粒,所谓的“降雨率比”。根据这一理论,增加降雨率比率,从而降低pCO 2的一种方法是通过增加真光层的草酸供应,在表层海洋中有利于分泌Si的浮游植物而不是分泌CaCO 3的浮游植物。这一假设是基于这样的假设,即海洋碳和硅分泌生物体的吸收耦合,都取决于碳酸的可用性。然而,最近在现场和实验室的实验表明,在铁有限的条件下,额外供应的铁降低硅氮(和C)的硅质浮游植物的吸收比,这是更多的有机质产生的保存草酸。富铁条件下的硅酸保存可导致蛋白石输出量降低,但有机碳输出量和降雨率比值不变或增加。鉴于更大的输入尘埃载铁冰川海洋,蛋白石积累率为基础的解释冰川间冰期的变化强度的生物CO2泵目前是可疑的。沉积物中硅藻的硅同位素信号(d30 Si)可与蛋白石和其他地球化学代用品一起沿着用于重建冰蚀酸在冰川期期间在目前受Fe限制的海洋区域中的保存/利用程度。热带东太平洋是一个这样的关键地区,有大规模的限制铁,广泛的上升流和出气的CO2和大蛋白石积累率。我们建议使用这个地区作为试验床,并提出了初步的数据,从加州海湾,这表明第一次千年尺度的d30硅,并确认硅藻的草酸吸收是一个重要的因素控制蛋白石积累。拟议的研究解决了两个重要的问题周围蛋白石的生产和沉积物中的积累,其关系到降雨率比和生物泵的碳。(1)通过重建d30 Si和蛋白石堆积在上升流地区,我们将评估是否相对硅利用硅藻生长过程中是一个重要的控制蛋白石堆积在沉积记录。(2)通过天气学重建,我们将评估东赤道太平洋硅酸的相对利用率是否对低冰期PCO 2的贡献

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
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专利数量(0)
Nutrient cycling in the Atlantic basin: The evolution of nitrate isotope signatures in water masses
大西洋盆地的养分循环:水团中硝酸盐同位素特征的演变
  • DOI:
    10.1002/2015gb005164
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Tuerena R
  • 通讯作者:
    Tuerena R
Silica burial enhanced by iron limitation in oceanic upwelling margins
海洋上升流边缘铁限制增强了二氧化硅埋藏
  • DOI:
    10.1038/ngeo2181
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    18.3
  • 作者:
    Pichevin L
  • 通讯作者:
    Pichevin L
Deglacial Si remobilisation from the deep-ocean reveals biogeochemical and physical controls on glacial atmospheric CO2 levels
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  • 发表时间:
  • 期刊:
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  • 作者:
    Raja Ganeshram (Author)
  • 通讯作者:
    Raja Ganeshram (Author)
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