伟德BETVLCTOR學者創建了量化古代和現代海洋自生碳酸鹽形成量的新方法
發布時間：2023-10-07
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近日, 伟德BETVLCTOR海洋科學學院冷泉與天然氣水合物研究團隊聯合廣州海洋地質調查局等單位在海底大陸邊緣碳循環研究方面取得了重要進展。研究基于南海北部陸坡，在區域尺度上觀察到的海底碳酸鹽沉澱速率和硫酸鹽通量間良好的線性關系，提出了這種碳、硫耦合關系作為量化海底自生碳酸鹽形成量的新方法。相關研究成果以胡钰副教授為第一作者，羅敏和馮東教授為共同通訊作者，發表在Nature Index 期刊《Geophysical Research Letters》上。
海洋沉積物硫酸鹽還原過程形成的自生碳酸鹽在全球碳循環中發揮了重要作用，尤其是在過去缺氧硫化時期（Schrag et al., 2013, Science; Wang et al., 2023, Nature），但其形成量的估算一直以來缺乏有效的方法。另一方面，現代海底硫酸鹽還原過程形成的自生碳酸鹽構成了自生碳酸鹽岩形成的主要部分，并且主要集中在大陸邊緣，但對其形成量的估算也存在很大不确定性。
針對上述科學問題，研究團隊開展了南海北部陸坡百餘個站位（圖1）沉積物孔隙水硫酸鹽、鈣鎂離子、堿度等參數分析，發現自生碳酸鹽沉澱速率和硫酸鹽通量間存在着良好的線性關系（圖2b），利用這種碳、硫耦合的定量關系，結合前期根據這些站位獲得的區域總硫酸鹽通量和總的溶解無機碳（DIC）通量（Hu et al., 2022, 2023），确定了南海北部海底自生碳酸鹽形成量和效率，通過外推獲得了全球硫酸鹽還原參與形成自生碳酸鹽的量。
圖1. 研究區域和站位分布圖
圖2. 相關擴散通量和硫酸鹽(SO42-)擴散通量的關系圖。AC代表形成的自生碳酸鹽，其形成速率為鈣（Ca2+）和鎂離子（Mg2+）通量之和。DIC為溶解無機碳
結果顯示南海北部由海底淺層深部來源甲烷和硫酸鹽消耗共産生了5.49 ×10-3 Tmol a-1的DIC，其中約22%DIC在沉積物中形成了自生碳酸鹽(代表了形成效率)，剩餘78%排放進入了海洋。外推到全球的結果顯示海底硫酸鹽還原參與形成的自生碳酸鹽的量每年可達2.2–2.3 Tmol。
圖3. 南海北部海底碳和硫循環過程和自生碳酸鹽形成效率。南海北部自生碳酸鹽形成效率在22%左右。AOM:甲烷厭氧氧化作用;OSR:有機質硫酸鹽還原;DIC:溶解無機碳
上述研究揭示的碳、硫耦合的定量關系首次從現代海洋研究視角證實了古代海洋缺氧時期自生碳酸鹽形成量增強的觀點。這種碳、硫耦合的定量關系不僅能用于估算現代海洋中硫酸鹽還原參與形成的自生碳酸鹽形成量，而且有望結合古代硫同位素限定的海洋硫酸鹽庫演化情況、用于量化古代海洋中形成的自生碳酸鹽形成量，定量揭示其中在地質曆史時期碳循環和氣候演變中的重要作用。
上述研究受到國家自然科學基金和上海市浦江人才計劃項目等項目的資助。
相關論文信息：
Hu, Y., Luo, M., Peckmann, J., Zhang, X., Chen, L., Feng, J., Liang, Q., Chen, D., Feng, D. (2023). Quantifying the extent of authigeinc carbonate formation is shallow marine sediments through a correlation between carbonate precipitation rate and sulfate flux. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL104296. https://doi.org/10.1029/2023GL104296
Hu, Y., Feng, D., Peckmann, J., Zhang X., Chen, L., Feng, J., Wang, H., Chen, D. The crucial role of deep-sourced methane in maintaining the subseafloor sulfate budget. Geoscience Frontiers, 2023, https://doi.org/10.1016/j.gsf.2022.101530
Hu, Y., Zhang, X., Feng, D., Peckmann, J., Feng, J., Wang, H., Yang, S., Chen, D., 2022. Enhanced sulfate consumption fueled by deep-sourced methane in a hydrate-bearing area. Science Bulletin 67, 122-124. https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.09.006
(供稿：海洋科學學院)