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南大洋典型海域微型生物类群结构/微型生物碳泵(MCP)储碳效率对SAM/ENSO的响应

批准号:
42076243
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
张海生
学科分类:
极地科学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张海生

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
南大洋是全球海洋最大碳汇,其储碳能力可能正在降低。探究南大洋微型生物类群结构变化/微型生物碳泵(MCP)储碳效率对大气和海洋过程等外部强迫响应——凸显重要和紧迫。科学界已获得南半球环状模(SAM)异常对南极局地影响的重要认识,且与ENSO关系密切。本项目研究利用微型生物细胞膜脂(GDGTs)建立几种可引起DOC碳库组成/MCP效率改变的特定古菌的生物量和类群结构变化与GDGTs生物标志物指示的气候要素(海温-TEX86L和氧化还原-%Cren)的定量关系,重点关注奇古菌(氨氧化古菌)及其与SAM/ENSO互动响应史;结合现代水柱(POM/GDGTs)与海底沉积物中GDGTs/类脂生物标志物地球化学对MCP储碳效应的表征和动态规律,从全新的视角揭示南大洋特定微型生物类群结构变化/MCP储碳效率(增强/削弱)与SAM/ENSO的内在联系,这对于认识全球气候变化的海洋调控机制具有重要的科学意义。
英文摘要
The southern ocean, the largest carbon sink in the world's oceans, may be losing its capacity to store carbon. To explore the carbon storage efficiency of the southern ocean microbiological group structure /microbiological carbon pump (MCP) in response to external forcings such as atmospheric and oceanic processes highlighting the importance and urgency. The scientific community has obtained an important understanding of the southern hemisphere annular module (SAM) anomaly on the local impact of Antarctica, and is closely related to ENSO. Based on the importance of microbiome composition to the fate of dissolved organic carbon (DOC) and the carbon storage efficiency of MCP, this study used microbial cell membrane lipid to determine the causes of carbon library/MCP efficiency change of several specific archaea: spring archaea, wide archaea, archaea, focus on the odd archaea (ammonia oxidation archaea) characteristics and changes of energy metabolism; To reconstruct quantitative relationship between the changes of biomass and group structure and the climatic factors indicated by the GDGTs/lipids biomarkers and the history of the interaction with SAM/ENSO; It is of great significance for us to understand the marine regulatory mechanism of global climate change by combining the characterization of the carbon storage effect of MCP (MCP dynamic change law and the strength of carbon storage efficiency) and its internal relationship with SAM/ENSO in modern water column (POC/GDGTs) and the biogeochemical characteristics of GDGTs/lipids biomarkers in seabed sediments.
以中国南极科学考察“雪龙号”船为研究平台,获取西南极半岛附近海域、东南极普里兹湾和深入腹地的罗斯海表层/柱状沉积物样品若干,利用总有机碳(TOC)碳/氮同位素和类脂化合物所隐含的一些重要的海洋生态学特性,即那些可引起海底沉积碳库组成和海洋生物碳泵(包括生物泵BP和微型生物碳泵MCP)效率改变的几种分子生物标志物(即代用指标),如古菌-IsoGDGTs和细菌-BrGDGTs、产甲烷古菌-GDGTs-0和奇古菌-Crenarchaeol、菌藻类-nC15+nC17+nC19和大型浮游植物- nC21+nC23+nC25、硅藻-菜籽甾醇和甲藻-甲藻甾醇、颗石藻-C37烯酮、浮游植物生产力-SUM和浮游动物总生物量-Cholesterol的垂向变化,从而建立起现代、近100年、200年、2.5万年以来的特定浮游生物类群生物量和碳泵结构变化,同时结合了部分海域实测浮游植物初级生产力资料进行综合分析和研究。重要研究结果:(1)查明南大洋现代/古代(2.5万年来)海洋生BP均以硅藻/硅质泵为绝对主导,而MCP驱动则主要以微生物奇古菌为主导,而二者(BP/MCP)的特定海洋生物类群生物量/碳泵结构变化及其储碳效率(增强/削弱)与海温-TEXL86和氧化还原-Pr/Ph之间存在显著关联,且南大洋碳泵结构存在时空和不同地域的碳贡献差异。(2)近200年来南极半岛附近海域特定生物类群/碳泵结构变化及其储碳效率(增强或削弱)与海温-TEXL86和氧化还原-Pr/Ph之间存在显著关联,且二者(MCP/BP)碳泵结构存在时空和不同地域的碳贡献差异,在全球增温背景下,南大洋典型海域生物碳泵结构正在悄然发生变化。(3)通过研究了Prydz湾沉积物有机碳(SOC)的来源、运输和保存模式,查明了Prydz湾的生物碳泵效率为5.7%,显著高于全球平均水平(~0.8%),有机碳保存效率约为79±20%,揭秘Prydz湾具有显著的固碳潜力,是全球重要碳汇区。(4)进一步探究南极半岛布兰斯菲尔德海峡岩芯,近200年记录的浮游植物生产力和硅藻/甲藻/颗石藻生物量变化与南半球环状模态(SAM)/多元厄尔尼诺南方涛动指数(MEI)驱动之间存在关联。(5)古海洋沉积物记录显示,罗斯海古海洋(2.5万年来)对大气CO2的调节能力最强,尤其是在全新世暖期。这对于认识海洋对全球气候变化的调控机制具有重要的科学意义。
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