应用木质素示踪研究北极白令海和楚科奇海表层沉积物中陆源有机碳的来源

摘要

埋藏在海洋沉积物的有机碳(OC)是大气二氧化碳的净汇，而埋藏过程主要发生在陆架边缘海区域。在海洋环境中，颗粒有机碳最终会储存在沉积物中，海洋沉积物有机碳碳含量约为700Gt，从而进入地质时间尺度的碳循环。因此，沉积物有机碳的组成会影响有机碳进入地质时间尺度碳循环的速度，进而影响到整个地球化学循环的过程。尽管输入海洋的陆源颗粒有机碳(POC)约占33％～54％，然而仅有10％的陆源有机碳埋藏在海洋沉积物中，陆源有机碳输入量和埋藏量之间的差异引发了“碳失之谜”。有各种假说解释海洋内陆源有机碳输入和埋藏之间的差异，但距解释陆源有机碳的最终去向还有一定距离。因此，陆源有机物在海洋中的归宿一直是科学家们关注和研究的热点。
　　北冰洋具有全球面积最大的陆架区，每年都有大量来自河流运输和沿岸侵蚀的陆源有机碳输入其中，其中白令海-楚科奇海就是这些有机碳埋藏的主要场所。随着全球交暖的不断加剧，北极冻土层退化加剧、河流淡水通量提升、水体中营养物质含量增加、北冰洋海冰消融加剧等，对北极沉积有机碳的输入、埋藏和保存都有着深刻的影响。但是在全球变暖背景下，北极海区沉积有机碳来源、降解状态如何，对全球的碳收支造成多大的影响，依旧值得我们进一步的探讨。
　　本研究选取白令海以及楚科奇海陆架/陆坡区的表层沉积物，主要利用碱性氧化铜氧化实验得到的木质素作为生物标志物，结合粒度、比表面积、有机碳含量(OC％)、总氮含量(TN％)、有机碳稳定同位素(δ13C)等数据进行综合分析。旨在对白令海-楚科奇海域表层沉积物的有机质分布、来源、植被类型和降解机制做一个初步的分析。
　　白令海表层沉积物的OC和粒度与比表面积的关系说明OC的分布主要受控于沉积物的颗粒性质;白令海东侧沉积物的Λ8整体上要高于西侧，角质酸、脂肪酸和木质素含量有着显著的相关性;δ13C分布的总体趋势与碳氮比(C/N)相近，由东到西逐渐减小;木质素丁香基酚(S)与香草基酚(V)的比值(S/V)和肉桂基酚(C)与香草基酚(V)的比值(C/V)表明白令海域沉积物的有机质中被子植物和裸子植物的贡献相当，草本植物较木本植物有更大的贡献;(Ad/Al)v和(Ad/Al)s和水深之间并没有明显的关系，而3，5。对羟基苯甲酸(3，5-Bd)显现出明显的递增趋势，表明3，5-Bd相较于木质素的反应活性更低。木质素含量A8和δ13C有显著的负相关，可以使用简单的二端源模型来计算陆海源有机碳的比例，得到有机碳占总有机碳的比例在18.6％～99.6％之间。
　　楚科奇海样品的水深差异较大，以100m为界，分成为陆架区沉积物和陆坡区沉积物。结果表明，沉积物的有机碳载荷从陆架区到陆坡区有明显减少趋势，这可能是初级生产力、有机质的原位降解、侧向传输过程中氧化等因素综合影响的结果;δ13C表明有机质来源是多端元的混合;S/V和C/V的结果表明被子植物相较于裸子植物占据主导，而木本植物和草本植物含量相当;较宽的对羟基苯乙酮(PON)与V系列的比值(PON/V)范围证明该区域的陆源有机碳拥有苔藓、草、松柏等多种植物的混合来源。此外，较高含量的二酸C9DA（干酪根氧化产物）证明干酪根也是楚科奇海表层沉积物中有机质来源的重要组成。
　　本论文将木质素作为主要生物标志物，研究白令海-楚科奇海表层沉积物有机碳的来源和特征，对于典型高纬海域有机碳的来源、含量和分布特征有了初步的了解，从而对沉积物有机碳载荷从近岸到较深海域的变化趋势和影响因素有更深入的认识，为探究全球变暖对极地区域海域内陆源有机质的输送和埋藏提供背景资料。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 陆源有机物在北极海岸带区域的研究意义

1．2 有机物的示踪方法

1．3 木质素的示踪研究

1．4 国内外木质素示踪研究进展

1．5 本文的研究目标、研究内容及创新点

2 研究区域与方法

2．1 白令海

2．2 楚科奇海

2．3 方法

3 白令海表层沉积物有机碳的来源

3．1 结果

3．2 讨论

3．3 本章小结

4 楚科奇海表层沉积物有机碳的来源

4．1 结果

4．2 讨论

4．3 本章小结

5 总结

5．1 主要结论

5．2 不足与展望

参考文献

个人简历