GDGT在全球气候变化研究中的应用进展

甘油双烷基甘油四醚(Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers,GDGTs)是古菌和细菌等微生物细胞膜脂的主要组成部分,包括类异戊二烯GDGTs和支链GDGTs两大类。类异戊二烯GDGTs主要来自海洋泉古菌,其分子中环结构的数目随温度变化而变化。描述类异戊二烯GDGTs相对分布的TEX86指标与表层海水温度(SST)和湖泊表面温度(LST)之间存在良好的线性关系,可以用来重建长时间尺度,特别是地质历史高温时期的古海洋和古湖沼温度。支链GDGTs则主要来自土壤中的厌氧细菌,其分子中环数量和碳链中的甲基数目与大气温度和土壤pH相关,由此而建立的MBT/CBT指标可以通过对近海沉积物的研究反演流域气温的历史变化。将支链GDGTs和类异戊二烯GDGTs相结合而形成的BIT指标则可以用来解析近海沉积物中陆源土壤有机质的来源和分布,与上述指标的结合可以提高结果的可靠性。GDGTs及其相关指标正在逐渐成为推动海洋和陆地全球气候变化研究的重要工具。     

南极罗斯海表层沉积物GDGTs含量 分布及其环境意义

通过分析罗斯海15个表层沉积物中甘油双烷基甘油四醚(Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers,GDGTs)的含量与分布,探讨了各种GDGTs来源及TEX₈₆指标的环境意义。结果表明:表层沉积物中GDGTs总含量为93.67~2 663.37 ng/g,其中类异戊二烯GDGTs(IsoGDGTs)占90.33%~98.56%,远高于支链GDGTs(BrGDGTs)。类异戊二烯GDGTs与支链GDGTs具有显著的耦合关系(R²=0.88,p<0.01)。沉积物中的IsoGDGTs主要来源于海洋奇古菌,BrGDGTs主要由海洋水体和沉积物中原位细菌所产生。应用TEX^L₈₆公式估算研究区SST,与WOA夏季表层温度呈现较好的线性关系,表明TEX^L₈₆指标在罗斯海具有适用性,可作为重建古海洋温度的替代指标。     

东海沉积物中微生物标志物GDGTs年代际变化及来源

甘油双烷基甘油四醚(Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers,GDGTs)是近几年来新发现的一类生物标志化合物,基于GDGTs的各种指标以其在指示物质来源以及海洋和陆地古温度重建等方面显示出的巨大应用潜力,逐渐成为古海洋学、古湖沼学和古气候学研究的重要工具。对采自东海陆架区的DH5-1站位(29°28.118′N、123°06.639′E,水深63.5m)的柱状沉积物样品进行了总有机质和GDGTs分析,研究了GDGTs化合物在东海陆架区柱状沉积物样品中的含量和沉积通量变化,并利用δ13 C、C/N以及基于GDGTs化合物的BIT指标讨论了该海区近150年来沉积有机质的来源变化。结果显示,近百年来东亚冬季风的增强,加强了冬季闽浙沿岸流对长江口沉积物的搬运,使得该海区陆源输入量呈增加趋势,但20世纪80年代以来,人类活动的加剧导致营养盐输入的增加,使得海洋生产力提高,沉积有机质中陆源有机质比例下降。     

长江口表层沉积物有机碳分布及其影响因素

根据长江口及其邻近海域2007年2、5、8、11月4个航次野外调查资料,系统地探讨了长江口表层沉积物总有机碳(TOC)的时空分布特征及其主要影响因素.结果表明,长江口及其邻近海域表层沉积物类型以细砂和粉砂为主,细颗粒泥沙主要分布在调查水域南部,北部海域以砂组分为主,沉积物组成和分布具显著的季节变化特征;长江口及其邻近海...     

长江口及其邻近海域表层沉积物粒径及生源要素分布特征

针对2015年长江口及其邻近海域所采集的43个表层沉积物样品,通过粒径分析以及生物硅(BSi)、总有机碳(TOC)和总氮(TN)等生源要素参数的测定,系统探讨了长江口表层沉积物粒径及生源要素的时空分布特征以及各要素的相互关系。结果表明:(1)长江口及其邻近海域表层沉积物组成以黏土质粉砂、粉砂质砂和砂为主。研究区域内,粒径组成呈现明显的"南细、北粗,近岸细、离岸粗"的分布特征,长江口及浙江近岸泥质区的表层沉积物粒度最细,中值粒径(Φ)在5以上;(2)调查海域表层沉积物中BSi含量在0.22%~1.82%之间,沉积物中粉砂、黏土含量及平均粒径(Φ)均与BSi含量呈显著正相关(P0.01),黏土矿物和粉砂较多的细颗粒沉积物更易累计和保存BSi;(3)TOC和TN的含量分别在0.04%~1.17%和0.01%~0.26%之间,其分布特征与沉积物中值粒径(Φ)和BSi的分布也有明显的正相关性,说明细颗粒沉积物更有利于有机质保存,表层沉积物中的硅藻可能是有机物的来源之一。     

三峡工程一期蓄水后长江口及其邻近海域沉积地球化学研究

对采自长江口及其邻近海域的29个表层沉积物中的31个元素(或氧化物)的含量进行了富集因子和变异系数分析,探讨了元素的来源和分布特征,结合沉积环境和沉积物分布特征,Q型聚类分析结果表明研究区可划分为五大沉积地球化学区,相关分析和R型因子分析揭示了长江口及其邻近海域表层沉积物中元素分布的主要影响因素。     

南极普里兹湾表层沉积物GDGTs含量分布与TEX86指标应用研究

利用中国南极考察获取的沉积物样品,对普里兹湾10个表层沉积物中GDGTs的含量与分布进行分析。结果表明:普里兹湾内GDGTs含量为27.69~900.78 ng/g,其中类异戊二烯GDGTs占比94%~99%,远高于支链GDGTs。类异戊二烯GDGTs与支链GDGTs都呈现东南高、西北低的分布趋势,且与沉积物中有机碳含量显著正相关(R>0.95)。沉积物中类异戊二烯GDGTs来源于水生古菌,而支链GDGTs主要来源于沉积物中的细菌。根据GDGTs不同异构体含量计算得到的指标TEX₈₆和TEX^L₈₆都与普里兹湾1月表层海水温度呈现良好的相关性。这表明TEX₈₆和TEX^L₈₆指标在普里兹湾海域具有适用性,可以作为重建古海温的替代指标。     

细菌细胞膜脂记录的西太平洋暖池约4Ma以来沉积物风尘陆源输入变化

西菲律宾海作为西太平洋暖池的一部分,重建其在地质历史时期的热力学变化、陆源输入变化,对于理解西太平洋暖池在全球地质时间尺度上的作用具有重要意义。利用古菌与细菌的细胞膜质甘油二烷基甘油四醚(glycerol dialkyl glycerol tetraethers,GDGTs)对西菲律宾海XT-47孔沉积物的陆源输入及其上方水体温度的变化进行重建,发现该沉积柱顶部(0~260 cm,约16.6~18.8 ka)BIT指标为0.01~0.2,TEX^H 86重建的上层海水平均温度为22.5℃,而底部(260~632 cm,约18.8~4000 ka)TEX^H 86重建得到的上层海水温度绝对值波动剧烈(0.6~26℃),在此范围内BIT>0.3,并呈现逐渐增加的趋势,超过BIT界定的陆源输入对TEX^H 86重建古温度有效性的阈值,这导致了该深度范围内TEX^H 86重建古温度变化的严重偏差。以260和470 cm为界,该沉积柱的沉积相出现明显变化,上层为大量纹层硅藻席沉积,中层为远洋黏土和硅藻泥互层,下层为远洋黏土沉积;同时,支链GDGTs(branched GDGTs,br GDGTs)的组成也出现明显差异,说明其来源可能有所不同。基于以上分析,提出260 cm以浅,brGDGTs可能主要为海相原位自生为主;而260 cm深度以下,主要以风尘输送的陆源brGDGTs为主。该结果显示陆源输入的变化可以间接反映东亚冬季风的强弱,本研究为高低纬之间的海陆相互作用研究提供了新的视角。     

珠江口表层水体颗粒物中古菌四醚类脂物的分布特征

类异戊二烯甘油二烷基甘油四醚类化合物（isoGDGTs）是古菌微生物的特征脂类标志物,由这组化合物构造出的TEX₈₆温标在海水古温度重建中得到了广泛应用。本文调查了珠江口及近岸海域（水深小于30 m）4个季节水体悬浮颗粒物（SPM）的isoGDGTs分布情况。结果显示:虎门上游河流水体中的isoGDGTs主要来自原地生产的甲烷古菌输入,进入河口水体后,主要来自原地奇古菌和广古菌的输入。陆源古菌的输入在5月份和8月份,对河流水体产生一定的影响,但对河口水体的影响相对较小。珠江口水体isoGDGTs中的GDGT-2与GDGT-3比值（GDGT-[2]/[3]）和GDGT-Cren'的丰度百分比（Cren'%）分别小于4和4%,与南海深水沉积物明显不同,表明珠江口与南海深水沉积物中isoGDGTs的古菌来源存在差异,这也可能是引起珠江口水体TEX₈₆温度（基于全球标定公式）偏离水体实际温度的原因。珠江口表层水体isoGDGTs中的GDGT-2和GDGT-3的丰度百分比与南海表层水体存在差异,这可能与GroupⅠ奇古菌和GroupⅡ广古菌相对比例空间变化有关。珠江口表层水体isoGDGTs的TEX₈₆温度在2月份明显高于原地表层水体温,而其他月份都低于原地表层水体温度,可能与Group Ⅰ奇古菌和Group Ⅱ广古菌相对比例的季节变化有关。几个月份中11月份isoGDGTs绝对含量最高,8月份较低,表明11月份和8月份分别是原地古菌生产量较大和较小时期。统计分析的结果显示,水体铵根离子含量、水体温度,以及溶解氧水平可能是控制珠江口水体isoGDGTs分布的主要环境因素。     

长江口及邻近海域表层沉积物中的生物硅

对长江口及邻近海域表层沉积物中的生物硅进行了测定,分析了生物硅的分布特征及影响生物硅保存与分布的因素。结果表明:在整个海域调查范围内,表层沉积物中BSi含量范围为0.14%~0.70%,平均值为0.41%,与世界其他近海沉积物中BSi含量相比,处于中等偏下水平。黏土矿物和粉砂较多的沉积物中富集着更多的BSi,而砂含量较高的沉积物中BSi的含量较低。表层沉积物颗粒比表面积越大,越有利于BSi的赋存和累积。BSi的分布特征和TOC、TN分布存在一定的关联,说明2011年8月长江口及邻近海域表层沉积物中有机物的来源之一可能为硅藻;相对于TOC,BSi有更高保存率。表层沉积物表面富集着丰富的底栖硅藻,这是表层沉积物中BSi比同时期悬浮颗粒物中BSi的平均百分含量高一个数量级的重要原因。调查区域内BSi的沉积通量显著高于沉积物-海水界面SiO2-3-Si的释放通量,说明沉积物-海水界面以BSi的沉积为主,长江口及邻近海域是BSi的汇。     

古菌生物标志物古海水温度指标TEX_(86)研究进展

TEX86是最近几年提出的一个古海水温度重建指标,它是基于由古菌的一个分支Marine Crenarchaeota所产生的一组生物标志物(GDGTs)的比值。培养实验、水体颗粒物及大洋表层沉积物的研究结果都显示,温度是TEX86指标的主要影响因素,而盐度、营养盐等其他环境因子对TEX86指标无明显影响。由于陆源物质中也含有少量GDGTs,TEX86重建近海温度记录会有较大的误差。但是TEX86和另一个生物标志物指标BIT的同时测定也使TEX86用于近海古温度重建。与通常用的U3K7′古海水温度指标相比,TEX86指标可以应用于高于29℃的高温海域,目前已被成功地应用于地质历史中高温期古海水温度的重建。TEX86指标将为重建西太平洋古温度记录提供一种有效的方法。     

Distribution of glycerol dialkyl glycerol tetraethers, alkenones and polyunsaturated fatty acids in suspended particulate organic matter in the East China Sea

We investigated the spatial distribution of glycerol dialkyl glycerol tetraethers (GDGTs), alkenones, and polyunsaturated fatty acids in particulate organic matter collected at four sites along a depth transect from the continental shelf to the Okinawa Trough in the East China Sea during the spring bloom in 2008. The maximum alkenone concentration appeared in the top 25?m at all sites and the $ U_{37}^{{{\text{K}}'}} $ values were consistent with in situ water temperatures in the depth interval, suggesting that the alkenones were produced mainly in surface water. At the slope and shelf sites, GDGTs in the water column showed a concentration maximum at 74?C99?m depth, and the $ {\text{TEX}}_{86}^{\text{H}} $ agreed with in situ water temperatures, suggesting the in situ production of GDGTs in the depth interval. The low-salinity surface water above 20?m depth was characterized by low GDGT concentrations and low $ {\text{TEX}}_{86}^{\text{L}} $ -based temperatures, suggesting either the production of GDGTs in winter season or the lateral advection of GDGTs by an eastward current. At the slope and Okinawa Trough sites, TEX₈₆-based temperatures were nearly constant in the water column deeper than 300?m and corresponded to temperatures at the surface and near-surface waters rather than in situ temperatures. This observation is consistent with a hypothesis that Thaumarchaeota cells produced in surface waters are delivered to deeper water and also indicates that the residence time of suspended GDGTs in the deep-water column is large enough to mix the GDGTs produced in different seasons.     

南海表层沉积物与水柱中沉降颗粒物对比研究及其古环境再造意义

分析了南海62个表层沉积物样品中生源(有机质、碳酸钙和蛋白石)和非生源(岩源物质)组分的含量变化和分布特征,并以沉积学分区为基础,结合5个沉积物捕获器站位,将南海划分为N、C-NE、SW和S 4个区域,对比分析了各区表层沉积物和水柱中沉降颗粒物中各组分含量、沉积通量分布特征和变化,探讨了表层沉积物的输出生产力、沉降颗粒物的初级生产力及真光层下100 m输出生产力三者之间的对应关系.结果显示:南海4个海域表层沉积物中各组分平均含量多数低于沉降颗粒物中的平均含量,而碳酸钙、岩源物质的沉积通量却多数高于沉降颗粒物中的沉积通量,分析得出表层沉积物中各组分平均含量和沉积通量不仅受水柱中各组分输出量影响,还受到陆源物质输入、溶解作用和上层水体营养盐影响.南海表层沉积物中生源组分沉积通量大小对应其输出生产力的大小.但是,由于陆源有机质、生源颗粒侧向漂移的影响,表层沉积物的输出生产力大小分布并不完全对应沉降颗粒物的初级生产力大小分布,尽管南海真光层下100 m输出生产力与沉降颗粒物的初级生产力比值与世界大洋"f"比平均值基本一致,但是,明显低于表层沉积物的输出生产力大小,只有在沉降颗粒物的初级生产力较高区域,真光层下100 m输出生产力大小才最接近表层沉积物的输出生产力大小.     

北极拉普捷夫海夏、秋季颗粒有机碳的分布与来源

随着全球变暖的加剧,北极陆架边缘海碳的源汇过程对全球碳循环的影响及其气候环境效应日益显著。拉普捷夫海作为北冰洋典型的陆架边缘海,在大河、海冰、海洋初级生产力及海岸侵蚀的影响下,该区沉积有机碳的来源、输运和埋藏等过程独具特色。本文基于2018年中俄第二次北极联合科考获得的悬浮颗粒物样品和水文资料,研究了夏末秋初拉普捷夫海颗粒有机碳的分布特征、来源及其影响因素。结果表明,颗粒有机碳（POC）的浓度位于35.27～1 185.58 μg/L之间,平均为172.65 μg/L。受河流输入、海岸侵蚀和海洋初级生产力的影响,表层POC浓度分布呈现近岸高、远岸低趋势;底层POC浓度分布主要受控于沉积再悬浮作用,高浓度POC出现在勒拿河三角洲的东部区域。总悬浮颗粒物浓度与POC浓度总体呈显著正相关,显示出其对POC空间分布的直接影响,且两者在底层中的相关性要高于表层,表明不同层位的POC可能存在来源差异。研究区POC的δ13C值处于?31.03‰～?25.79‰之间,表层δ13C值较底层明显偏负,且部分站位的δ13C值甚至低于周边陆源有机碳的端元,这反映了可能除陆源输入的贡献外,近海浮游植物直接利用大量陆源有机质降解产生的溶解无机碳的过程也对该区域POC的供应和来源解析具有重要的影响。