末次盛冰期巽他陆架海平面和植被变化对陆表碳通量影响的数值模拟研究

末次盛冰期巽他陆架陆地暴露面积比现代增加将近一倍,该时期东南亚的碳汇能力是否比现代更强?本文利用GOSAT现代卫星数据集、实测碳密度数据集,对现代森林和草原生态系统碳通量(陆表碳通量)进行分析,发现二者的固碳能力相差较大,与地球系统模式的结果一致.本文基于末次盛冰期巽他陆架上植被分布类型的争议,为量化末次盛冰期巽他陆架...     

末次冰期以来南海东北部陆源有机碳埋藏通量演变:海平面和季风驱动

大陆边缘盆地是大陆风化剥蚀产物的主要沉积汇,其中有机碳的埋藏通量及其控制机制的研究对于理解全球碳循环具有重要科学意义。本研究基于南海东北部台西南盆地TWS-1岩芯的AMS14C测年、总有机碳、总氮含量和稳定碳同位素组成的分析,探讨了末次盛冰期23ka BP以来南海东北部陆源有机碳的来源、历史和影响机制。与潜在物源端元对比表明,台湾是研究站位沉积物陆源有机碳的主要物源,相对海源其贡献比例约为58%,陆源物质可能主要通过海底峡谷水道和低海平面时期陆架河流输入。重建的陆源有机碳通量在末次冰消期早期(19—13kaBP)和中全新世(7—4ka BP)期间有两个峰值,分别约0.16g/(cm2·ka)和0.09g/(cm2·ka)。综合分析表明,二者分别受控于冰期低海平面时期增强的陆架风化剥蚀和全新世季风强盛期降水驱动的古台湾岛剥蚀。我们的工作表明冰期-间冰期循环中海平面和季风分别驱动的大陆边缘有机碳埋藏可能对全球碳循环和大气CO2浓度演变有重要影响。     

末次盛冰期巽他大陆北部草本植被扩张

末次盛冰期(Last Glacial Maximum,LGM)全球低海平面时,巽他陆架大面积暴露,其上的植被类型对于生物多样性演化和全球陆地碳储库有重要影响。但目前植被重建结果仍存在很大争议:一种观点认为LGM时巽他陆架主要分布稀树草原植被,雨林只零星存在于少数区域;而一些数值模拟结果和沉积记录显示巽他陆架上不存在大面积跨赤道的稀树草原,雨林植被仍占主导。LGM时巽他大陆北部可靠的植被记录十分有限。本研究依据靠近巽他陆架北部古河流入海口的沉积物岩芯,利用叶蜡烷烃含量和正构烷烃平均链长指标重建LGM时北巽他大陆的植被信息,结果显示平均链长在22~14.5 kaBP期间出现最大值,推测相对于全新世,冰期时巽他大陆北部草本成分增加。海平面降低使得冰期太平洋沃克环流减弱,呈现类厄尔尼诺状态,导致巽他大陆地区干旱加重,特别是赤道外围区域(南北纬7°以外)降水季节性增强,这种气候状态可能是草本植被成分增多的主要因素。     

陆架海碳循环模式研究现状与进展

海洋对CO2的吸收缓解了大气CO2浓度的持续上升,陆架海因其较高的初级生产而具有较强的固碳能力,在海洋碳循环中占据重要角色。然而由于陆架海过程时空变化剧烈,陆架海对人为CO2源/汇作用的动态格局还存在争议,陆架海碳循环的调控机制尚不清晰。IPCC AR4所采用的气候-碳循环耦合模型均未考虑陆架海碳循环,使其成为气候预测不确定性的主要来源之一。建立适宜的陆架海碳循环模型,可以探究陆架海不同区域CO2源/汇格局的长期变化,估算碳循环各关键过程的贡献,认识碳循环系统与生态系统的相互作用,评估陆架海碳循环在气候变化中的作用。基于陆架海碳循环模型研究现状,从物理过程、生物泵、碳化学系统等三个主要方面总结了陆架海碳循环模式在建模中应考虑的关键过程,提出了构建东中国陆架海碳循环模式的基本思路及拟解决的关键科学问题。     

二氧化碳,海洋与气候

文章讨论了由于大气中CO_2浓度的增加所产生的“温室效应”和海洋与CO_2之间的相互作用。已有的研究表明,自从工业革命以来,大气中CO_2浓度已由290ppmv增至340ppmv左右,并且目前人类每年大约向大气输送180×10~8t的CO_2,大气的平均温度以0.1—0.5℃/10α的速度增加。据估计,截止本世纪末地球大气的平均温度将升高3±1.5℃。这种现象对地球的环境生态将产生明显的影响。海洋是碳的巨大贮存所(约390×10~11t溶解碳),海洋能够吸收和释放CO_2;CO_2在海洋的穿透深度为700m。已有的研究结果表明,CO_2在海洋和大气之间处于不平衡状态。本文提出,是否可以通过研究CO_2在大气与海洋之间的相互作用,海洋吸收、贮存和转移CO_2的能力来了解碳在海洋中的转移通道和大气中CO_2浓度的变化倾向,从而预测世界范围内气候的变化趋势,并初步予以探讨。     

海洋沉积物中碳的来源、迁移和转化

人类活动每年向大气排放的CO2约为65亿t，其中留在大气中的约占50%，大洋吸收约16亿-20亿t，陆地生态系统大约吸收0.7亿~1.4亿t(Bates，2001；Battle et al.，2000),还有大约13亿t找不到去处，称为大气CO2丢失项，而陆架边缘海有可能是这丢失项的去处。近海沉积物是大气二氧化碳的接受者，同时当条件合适时沉积物中的碳又可被释放重新进入水体乃至大气中，是碳循环中的重要源与汇，因此海洋沉积物在碳循环中的作用是全球碳循环的一个关键环节。虽然近十年来这方面的研究已经引起众多学者的关注，对沉积物中的碳循环进行了较大量的研究，取得了一系列成果，但海洋沉积物在碳循环中的作用和过程至今并未查清，具体体现在海洋沉积物在海洋碳循环中起什么作用？起多大作用？在哪些方面影响和控制海洋碳循环？这些均需要科学家们长期的艰苦努力，以便在更深入、更系统和更高层次上研究解决困扰当今人类的涉及碳循环这一重大环境科学问题。 海洋沉积物为海洋环境中的一个主要研究对象，其中的碳与水体-生物体以及大气、入海河流等进行着不间断的交换、大气中的气体碳经过复杂的海洋生物地球化学过程转化为水体中的溶解碳，再变为颗粒碳，经沉降最终形成沉积物，在适宜的条件下上述的反过程同样会发生。因此，研究海洋沉积物中的碳在其循环中的作用是非常困难的。碳是最主要的生源要素，更是生命活动能流、物流中最重要的元素，几乎所有的生物地球化学循环过程都与它有关，因而有关碳循环的研究是目前全球变化研究的热点。许多国际研究计划均以此为核心研究内容。如国际地圈与生物圈计划(IGBP)中的全球海洋通量联合研究(JGOFS)、全球生态系统动力学(GLOBEC)以及上层海洋与低层大气研究计划(SOLAS)等(唐启升，2001；宋金明，2000)。碳循环研究以 JGOFS计划2001年基本结束为标志，通过近十几年的研究，取得了丰硕的成果，系统了解了海洋循环的过程及界面碳通量，对全球碳循环也有了一个初步的了解。为进一步深入开展这方面的研究作者从海洋沉积物中碳的形态与来源、海水及颗粒物中碳与沉积物碳的关系、表层沉积物再悬浮对碳循环的影响以及沉积物中碳的早期成岩作用等几个方面阐述了海洋沉积物中碳循环目前的研究进展。     

大气CO2浓度升高对鳗草植株生长的影响

在人工模拟大气CO_2浓度升高的调节系统条件下,研究了4个不同大气CO_2浓度(380×10~(-6)(对照组,当前大气CO_2浓度)、750×10~(-6)(对应21世纪末大气CO_2浓度)、1 900×10~(-6)(对应23世纪末大气CO_2浓度)、变化组(CO_2浓度由380×10~(-6)逐步升高至1 900×10~(-6)))对鳗草(Zostera marina)存活、生长、光合色素含量、过氧化物酶(POD)活力、可溶性糖含量及叶片和茎节气道面积的影响,分析了鳗草植株应对大气CO_2浓度升高的生长响应和生理适应过程。研究显示,经过30 d培育实验,大气CO_2浓度升高对鳗草植株的存活率( 98%)、生产力和叶片光合色素含量等指标无明显影响;大气CO_2浓度升高显著提高了植株叶片延伸率和茎节直径,均在1 900×10~(-6)时达到最大值,分别是对照组的1.4和1.1倍;随大气CO_2浓度升高,鳗草植株的叶绿素a/叶绿素b、可溶性糖含量和气道面积等指标均呈现逐渐升高的趋势,在1 900×10~(-6)时达到最大值,显著高于对照组(P0.05)。研究结果表明,大气CO_2浓度升高对鳗草植株的生长、光合作用、物质代谢和气体交换等生理过程具有促进作用,且CO_2浓度越高促进作用越显著。     

中国近海碳循环研究的主要进展及关键影响因素分析

海洋是地球碳的最重要贮存库之一,是全球碳循环系统的一个至关重要的子系统和大气CO2的汇.海洋碳循环过程不仅涉及海洋生物生产过程、化学能流与物流过程,还与不同时空尺度的海洋环流、大气动力学过程密切相关.大洋碳循环是海洋碳循环的主体.边缘海是陆地与大洋的连接带,虽然面积远比大洋小,但由于人类活动的影响以及河流径流不断向其输入丰富的营养物质,致使其中发生的生物地球化学过程比大洋复杂,所以,探明近海碳循环过程是全世界海洋学家必须要面对而且是与大洋碳循环相比更为难解、更具挑战性的研究课题[1, 2].     

末次冰期以来巽他陆架的演变及其对南沙群岛海区古环境的影响

通过对南沙群岛海区NS94－93柱样磁组构，矿物成分分析，结合^14C测年，分析了末次冰盛期巽他陆架出露成陆及其后巽他陆架被海水淹没后南沙群岛海区沉积环境的变化，认为巽他陆架在13.2kaB.P。时开始被海水淹没，约经历600a左右趋于稳定，在末次冰期，南沙群岛海区水体封闭，沉积物以陆源物质为主，碳酸盐含量低，13.2-10kaB.P，沉积物以陆源物质为主，碳酸盐含量逐渐增加，至10kaB.P.南沙群岛海区进入全新世，水体交换条件得到较大改善，沉积物中生源物质显著上升，陆源物质明显减少，碳酸盐含量一直维持在较高水平。     

越南岸外上升流区48万年来高分辨率的生源组分记录及其古海洋学意义

南海西部越南岸外MD05-2901孔沉积物分析显示,该孔覆盖氧同位素1-12期,底界年龄约为48万年。生源组分记录显示表层古生产力冰期高、间冰期低,体现间冰期海平面下降、陆源物质输入增强的影响。生产力在末次冰期达到最高,体现末次盛冰期海陆差异增强,东北风发育对生产力提高的促进作用。碳酸钙含量变化呈现冰期早期含量低、冰消期和间冰期含量高的趋势。其冰消期的高值在MIS1/2、MIS3/4和MIS5/6分界处,与浮游有孔虫碳同位素低值对应,揭示该地区的碳酸钙沉积旋回是“稀释旋回”。同时碳酸钙含量变化领先于同一地区浮游有孔虫氧同位素的变化,证明低纬海区碳酸钙泵作用对大气二氧化碳浓度和温度有影响。滤波分析结果显示碳同位素存在23 ka的岁差周期和偏心率长周期,生源组分的含量变化显示出典型的岁差周期,体现南海季风环流的轨道响应,证明低纬热带过程是调节气候变化的重要因素。     

东南亚的"世界性洪灾”

地球上最大的陆架是巽他陆架 ,它占据了印度尼西亚群岛和越南海岸之间的广大地区。在末次冰期的极盛时期 ,巽他陆架完全出露而成为陆地。邻近的南中国海域缩小了 ,它变成了半封闭的边缘海盆地。德国考察船“声纳”号第１１５航次考察了这个很有趣的“被淹没”地区。完成了两条剖面 ,采集了超过５０个海底沉积岩心柱。剖面之一长度为６００ｋｍ ,从东北向西南由大陆坡上部到达陆架中部古老的北巽他河区 ,而另一条长度约为２００ｋｍ ,从东向西一直到现代的湄公河三角洲。有关距今２１～１４ｋａ期间海平面的资料是很不完整的。但目前这个空白…     

全球海洋碳循环三维数值模拟研究

基于海洋环流模式POP和生物地球化学模型OCMIP-2,建立了全球海洋碳循环模式,并用于对全球海洋碳循环的模拟研究。该模式在大气CO₂为283×10-6条件下,积分3 100 a,达到工业革命前的平衡态。在此基础上,用历史时期观测的大气CO₂浓度进行强迫,模拟了历史时期的海洋碳循环。模拟的无机碳浓度、总碱度与基于观测得到的结果基本一致,模式能够较好地模拟全球碳循环过程。模拟结果表明,在北半球中高纬度和南半球的中纬度,海洋是大气CO₂的主要汇区;在赤道南北纬20°之间和南大洋50°S以南,海洋表现为大气CO₂的源区。在1980s海洋吸收CO₂速率(以C计)为1.38 Pg/a,1990s为1.55 Pg/a。海洋中人为碳在北大西洋含量最大,向下到达海底并向南输运到30°N附近;在南极附近,浓度较小,深度达到3 000 m;在中纬度,人为碳被限制在温跃层以上。     

东海陆架HY126EA1孔有孔虫壳体的氧、碳同位素记录

东海陆架HY126EA1孔有孔虫壳体氧同位素组成具有明显的阶段性变化.通过与深海氧同位素组成曲线对比,可将氧同位素组成变化分为5期,分别对应着冰消期、末次冰期极盛期、末次冰期间冰段、末次冰期初期和末次间冰期.碳同位素组成的变化与氧同位素组成的变化基本一致.δ18O和δ13C的相关性在不同气候期存在明显差异,主要受陆源水和海水交换复杂程度的控制.     

热带西太平洋250ka来浮游有孔虫G.sacculifer壳体质量变化特征及控制机理

作为新兴的海水CO2-3替代性指标,浮游有孔虫壳体质量对于海洋碳循环研究具有重要意义。测定了热带西太平洋WP7孔250ka以来表层浮游有孔虫G.sacculifer壳体质量。除了在MIS1和MIS4期外,壳体质量显示冰期重、间冰期轻的旋回特征,响应大气pCO2变化,表明大气pCO2变化是该海域浮游有孔虫壳体质量变化的主控因素。研究结果表明MIS4期间壳体质量异常低值可能是该时期加强的上升流和CaCO3溶解事件共同导致。温度与营养盐浓度并不是壳体质量异常的主要原因,共生体则可能是影响因素。G.sacculifer壳体质量与大气pCO2整体上良好的反相关关系表明其可以作为可靠的表层海水CO2-3替代性指标。     

鄂霍次克海南部晚第四纪的古海洋学记录

鄂霍次克海是太平洋第二大边缘海,在西北太平洋水文环境中扮演重要角色。综合分析了鄂霍次克海南部T00孔沉积物的多种替代性指标,揭示了鄂霍次克海晚第四纪以来的环境变化受季节性海冰变化、大气循环模式、陆源物质通量和表层生产力的共同影响。对比放射虫Cycladophora davisiana的含量曲线与LR04氧同位素记录,该孔沉积物可划分为氧同位素1-7期,底部年龄约为250ka。C.davisiana在间冰期的高含量表明鄂霍次克海中层水是北太平洋中层水的主要源区。蛋白石和有机碳的分析显示鄂霍次克海表层生产力在冰消期突然增大,随后在间冰期逐渐下降,冰期普遍较低。C/N比值曲线的分析说明鄂霍次克海的有机质沉积物主要来源于海洋。沉积物粒度的分析揭示鄂霍次克海冰期时陆源粗颗粒含量较低,至冰消期粗颗粒含量突然增加,而在间冰期陆源粗颗粒含量较高。     

海水二氧化碳分压（Pco2）的取样手段和分析计算方法

前言 由于大气二氧化碳（CO_2）逐年增加,已影响到近年来全世界的气候变化,从而越来越受到世界科学界和各国政府的重视。CO_2的增加是由全球工业迅速发展,CO_2气体不断大量排放到地球大气中所致。从工业化前的大约280（ppm）,增长到1988年的350（ppm）这是指大洋上CO_2的变化。陆地和城市大气CO_2的浓度最高可达380（ppm）左右。预计2050年CO_2浓度将是工业化前的2倍多,因此将大大改变地球的气候。 海洋是一个大的CO_2贮存库,对于调节大的时间尺度（一年至许多年）大气CO_2的浓     

冲绳海槽晚更新世以来高分辨率古海洋学研究进展

冲绳海槽位于东海陆架边缘，具有较快的沉积速率和较高的地层分辨率，其中蕴藏着关于陆地、海洋及其相互作用的丰富信息，它是东海从第三纪到全新世有连续沉积的惟一地区，记录了东海完整的冰期一间冰期旋回。近10多年来在冲绳海槽开展了一系列高分辨率的古海洋研究，作者旨在对其中所取得的一些成果进行总结，并对今后的研究提出一些看法和建议。     

北冰洋太平洋扇区碳循环过程对环境变化响应的研究进展与展望

全球碳增汇需求高涨,海冰消退后的北冰洋被期待是一个主要的潜在碳增汇区。北冰洋太平洋扇区因受控于楚科奇海及其邻近海域较高的海洋固碳效率和碳深海封存量,在整个北冰洋碳循环中起着举足轻重的作用。开展该海域碳循环过程对环境快速变化的响应机制研究是实现北冰洋碳汇精准预测的基础。本文重点阐述了楚科奇海及其邻近海域碳循环过程（即海洋对大气二氧化碳的吸收、生物固碳、太平洋入流携带碳经陆架生物地化过程后向深海输出封存的陆架泵）对北冰洋环境快速变化的响应,并提出未来研究需要聚焦的关键科学问题。     

晚中新世C4植被扩张与大气二氧化碳分压的关系

大量陆地与海洋的地质记录证实了晚中新世C_4植被发生全球异步扩张,最早在10 Ma左右开始于非洲东部与西北部,随后8～6 Ma左右大范围传播至南亚、南非、北美等地区,最终C_4植被于上新世发生再次扩张,基本形成现今的生态格局。对于晚中新世C_4植被扩张的解释至今仍存在疑惑,主要围绕气候变化与CO_2展开争论。最新的大气二氧化碳分压(pCO_2)重建记录显示,大气CO_2浓度在晚中新世时期处于下降的趋势。综合考虑晚中新世C_4植被的扩张区域,地质记录重建的大气CO_2浓度与数值模拟实验中形成C_4植被扩张所需的大气CO_2浓度在数值上相吻合,突出了大气CO_2浓度变化对晚中新世C_4植被扩张的作用。由于现有的大气CO_2浓度重建记录的分辨率较低,不管是在趋势上还是数值上,其可靠性都有待商榷,未来应该专注于晚中新世可靠的高分辨率大气CO_2浓度记录的重建,这是解开晚中新世大气CO_2与C_4植被扩张关系的关键,对研究未来气候变化具有指导意义。     

70万年以来西太平洋暖池区硅质生产力记录及其气候效应

西太平洋暖池(WPWP)的硅质生产力水平在调节第四纪全球大气CO₂分压的变化上发挥着重要作用,但其控制因素尚存争议。本研究对位于WPWP核心区的MD06-3047岩芯进行了生源蛋白石分析,探讨了700 ka以来WPWP的硅质生产力的控制因素及气候效应。研究发现,700 ka以来WPWP硅质生产力变化呈现显著的冰期-间冰期旋回,基本在冰期较高,间冰期较低。其主要控制因素可能是东吕宋陆架沉积物风化输入、亚洲风尘输入和温跃层深度(DOT)变化。南大洋中层水的“硅溢漏”可能无法对此海区产生显著影响。冰期时的低海平面,导致热带火山弧附近裸露的陆架沉积物的物理剥蚀和硅酸盐风化,淡水输入为WPWP提供了更多的硅酸;冰期时增强的风尘供应为WPWP提供了更多的Fe;冰期时较浅的DOT使表层海水的营养物质垂向空间变小,滞留时间增多。这些因素使冰期的WPWP生产力增高,有可能降低了大气CO₂分压。