利用颗石藻生理作用来校正烯酮古CO2气压计中的b值
批准号:
41806050
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
22.0 万元
负责人:
金晓波
依托单位:
学科分类:
海洋地质学与地球物理学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
马瑞罡、马晓旭、程众
中文摘要
烯酮的碳同位素是古大气CO2重建的重要方法之一。此方法的理论基础为浮游植物对碳吸收的“被动扩散模型”,可表达为:εp =εf -b/[CO2]。其中[CO2]为海水溶解CO2浓度;εf为光合固碳酶RubisCO对碳同位素的最大分馏值为25‰;εp为光合固碳过程中有机碳与CO2之间碳同位素的分馏值;b值则代表颗石藻的生理作用。颗石藻是一种海洋单细胞、可钙化的浮游藻类,也是大洋长链烯酮的生产者。在应用中,先由现代海水磷酸盐浓度估算出b值,且假定在地质历史期间b值不发生变化,事实上这种情形很难发生。因此需要一种新的方法来校正b值。项目拟直接利用颗石藻的生理作用来校正b值。颗石藻生理作用包括钙化与光合作用,可由颗石形态、同位素反映。通过测定颗石形态以及同位素,使其作为参数可用来直接限定b值,这样便能使这个方法更为可靠。为探索CO2变化在古气候演变中起的作用提供强有力的工具。
英文摘要
The alkenone δ13C is one of the important tools for paleo-CO2 reconstruction. This CO2 paleobarometer plays important roles in coevolution of green-house gases and climate. This CO2 reconstruction tool is based on the “passive diffusion” model, and it can be described as: εp =εf -b/[CO2], in which [CO2] is sea water CO2 concentration; εf is 25‰, the fractionation of carbon isotope for carbon fixation enzyme RubisCO; εp is the actual carbon fractionation during phytoplankton photosynthesis; and b value represents coccolithophore total physiology. In practical use, the b value is calculated from modern ocean phosphate concentration, and is assumed to be constant during the geological past. In this project, we try to introduce a new method, using coccolithophore physiology to calibrate the b value. Coccolithophore is a kind of marine unicellular calcified phytoplankton, and is also the alkenone producer in oceans. Coccolithophore physiology (calcification and photosynthesis) can be represented by coccolith isotopes and morphology, which can be used to constrain b value directly. This new method can make the CO2 paleobarometer tool more reliable, and provide powerful proofs in exploring the CO2 variation and its importance in climate change in the geological past.
本项目科学目标为:利用颗石藻生理作用指标来限定烯酮-二氧化碳重建工具中的b值、并重建中新世大气二氧化碳浓度。本项目以西太平洋973KX21-2钻孔为对象,对25万来沉积物中的颗石进行了离心分离,探讨了颗石碳同位素分馏机制及其与颗石藻生理作用(光合作用、钙化作用)之间的关系,并通过颗石藻细胞碳流通模型耦合颗石碳同位素分馏值,来试图重建古海水碳酸盐系统;同时项目也以南海IODPU1501钻孔为研究对象,利用烯酮碳同位素工具,重建了早中新世的大气二氧化碳浓度。研究成果如下:(1)颗石碳同位素的分馏值(Ecoccolith)负反馈于海水溶解二氧化碳浓度、正向反馈于海水碳酸氢根离子浓度、同时细胞对于碳酸氢根离子的渗透性也显著地控制着颗石碳同位素分馏,而颗石藻的钙化作用对于Ecoccolith的影响则非常微弱。表明Ecoccolith能在一定程度上反映海水环境、及颗石藻的生理作用(b值)。(2)通过颗石藻细胞碳流通模型,研究根据Ecoccolith反演了过去25万年来海水碳酸盐系统参数(碳酸氢根离子浓度)。研究认为,颗石藻生长速率受到碳限制的影响,从而由海水碳酸氢根离子浓度推算了颗石藻生长速率。推算的颗石藻生长速率与沉积物的颗石通量能很好地吻合,即反映了颗石生产力。且发现在过去25万年中,颗石生产力呈现出显著的岁差周期,表明轨道驱动在热带海洋对颗石藻生产力的影响。虽然Ecoccolith能反映颗石藻的生理作用,并可通过生长速率计算b值,但由于颗石藻光合作用的碳源仍有一部分来源于海水碳酸氢根离子,因此烯酮-二氧化碳工具仰赖的二氧化碳被动扩散模型,可能无法精确地适用于诸如更新世低大气二氧化碳浓度的条件。(3)对早中新世大气二氧化碳浓度重建的结果发现:距今22.5至19Ma之间,大气二氧化碳浓度由320ppmv缓慢下降至240ppmv。而19Ma之后,大气二氧化碳浓度快速上升至了约320ppmv。推测此次大气二氧化碳快速上升事件可能与中新世大火成岩省的形成有关,或推动了中新世气候适宜期的转型。
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Two production stages of coccolithophores in winter as revealed by sediment traps in the northern South China Sea
南海北部沉积物陷阱揭示冬季颗石藻的两个生产阶段
DOI:
10.1029/2019jg005070
发表时间:
2019
期刊:
Journal of Geophysical Research: Biogeosciences
影响因子:
--
作者:
[Xiaobo Jin, Chuanlian Liu, Yulong Zhao, Yanwei Zhang, Ke Wen, Shun Lin, Jianru Li, Zhifei Liu]
通讯作者:
Zhifei Liu
DOI:
10.1029/2019jg005070
发表时间:
2019
期刊:
Journal of Geophysical Research: Biogeosciences
影响因子:
作者:
[Xiaobo Jin, Chuanlian Liu, Yulong Zhao, Yanwei Zhang, Ke Wen, Shun Lin, Jianru Li, Zhifei Liu]
通讯作者:
Zhifei Liu
Origin of the rhythmic reddish-brown and greenish-gray sediments in the abyssal South China Sea: Implications for oceanic circulation in the late Miocene
南海深海有节奏的红棕色和绿灰色沉积物的起源:对中新世晚期海洋环流的影响
DOI:
10.1016/j.margeo.2020.106378
发表时间:
2020
期刊:
Marine Geology
影响因子:
2.9
作者:
[Xiaobo Jin, Juan Xu, Hui Li, Yanli Li, Peijun Qiao, Li Wu, Chen Ling, Baohua Li, Chuanlian Liu]
通讯作者:
Chuanlian Liu
DOI:
--
发表时间:
2019
期刊:
地球科学进展
影响因子:
--
作者:
[马晓旭, 刘传联, 金晓波, 张洪瑞, 马瑞罡]
通讯作者:
马瑞罡
Calcareous nannofossil changes in response to the spreading of the South China Sea basin during Eocene-Oligocene
始新世-渐新世南海盆地扩张过程中钙质超微化石的变化
DOI:
10.1016/j.jseaes.2019.103963
发表时间:
2019-10
期刊:
Journal of Asian Earth Sciences
影响因子:
3
作者:
[Ma Ruigang, Liu Chuanlian, Li Qianyu, Jin Xiaobo]
通讯作者:
Jin Xiaobo
共 6 条
末次冰期以来南海北部生物碳泵对海水二氧化碳源汇的影响
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:59万元
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批准年份:2021
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负责人:金晓波
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依托单位:
国内基金
海外基金