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南海和西北太平洋跨海盆尺度硝酸盐同位素研究

2022/05/11点击次数:

近日,厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室、海洋与地球学院杨进宇课题组在海洋学权威期刊 Journal of Geophysical Research: Oceans 上发表题为 Comparison of nitrate isotopes between the South China Sea and western North Pacific Ocean: Insights into biogeochemical signals and water exchange 的研究论文,报道了其在南海-西北太平洋跨海盆尺度硝酸盐同位素研究方面所取得的进展。该研究利用硝酸盐稳定同位素工具,揭示了南海和西北太平洋全水柱内的多种生物地球化学过程,阐明了太平洋海盆尺度上硝酸盐同位素信号的演变规律,对区域及全球氮生物地球化学循环过程研究具有重要意义。


边缘海的氮循环是全球海洋生物地球化学循环和地球气候系统的一个重要组成部分,复杂且具有多样性。南海作为一个典型的边缘海系统,一方面通过大气沉降和河流输入接收了大量的人类来源的氮素;另一方面,由于南海与西北太平洋通过吕宋海峡相连通,两个海盆间的水体交换对南海内部的营养物质分布、收支和循环产生了很大影响。水体中的硝酸盐同位素是记录人类活动与水体交换的天然示踪剂,其信号最终经埋藏进入沉积物,因此对重建区域乃至全球尺度的硝酸盐储库的历史变化具有重要价值。


本研究基于从南海海盆到西北太平洋的观测数据,成功构建了跨海盆尺度的硝酸盐氮氧同位素数据集,并利用这一数据集阐明了南海和西北太平洋的生物地球化学过程与水体交换过程。

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图 1 采样站位(a);温度-盐度图(b);研究区域洋流示意图(c)。

图 2 研究站位从西北太平洋(0 km)到南海海盆的硝酸盐氮氧同位素(a, b)、 N*值(c)以及氮氧同位素差值(d)。


主要发现如下:(1)南海真光层内硝酸盐同位素组成的分布主要受控于浮游植物对硝酸盐的部分吸收和硝化作用;(2)由大气沉降和生物固氮引入的外源氮信号(轻的硝酸盐同位素和高的N*)在南海与西北太平洋的次表层和温跃层水体中大量累积,并对西北太平洋硝酸盐分布产生显著影响;(3)太平洋的海盆尺度环流对西北太平洋中、深层水硝酸盐的分布有重要影响,吕宋海峡的“三明治”式环流结构是导致西北太平洋和南海中、深层水硝酸盐特征存在差异的重要因素。

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图 3中层水硝酸盐氮(a、c)氧(b、d)同位素随盐度变化的分布图。其中,浅蓝色表示西北太平洋中上层水,浅橘黄色表示南海中上层水。其它相关水团见图中标注,三角形表示平均值。

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图 4 西北太平洋、南海的硝酸盐同位素及浓度分布(左图),以及相关的生物地球化学过程(右图)。


论文的第一及通讯作者为杨进宇助理教授,共同作者包括我校戴民汉教授、高树基教授、博士生汤锦铭、硕士生康思静,汕头大学的颜秀利博士,以及海南大学的徐敏博士和杜川军博士。该研究受到中国科学院战略性先导科技专项(B类)(XDB42000000)、国家自然科学基金项目(41890804, 41721005, 92058204)、中央高校基本科研业务费项目(20720190092, 20720212005)和南海海洋资源利用国家重点实验室开放课题(MRUKF2021018)的资助。



论文来源:

Yang, J.-Y. T.*, Tang, J.-M., Kang, S., Dai, M., Kao, S.-J., Yan, X., Xu, M. N., and Du, C. (2022). Comparison of nitrate isotopes between the South China Sea and western North Pacific Ocean: Insights into biogeochemical signals and water exchange. Journal of Geophysical Research: Oceans, 127, e2021JC018304. https://doi.org/10.1029/2021JC018304


论文链接:

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021JC018304


供稿人:汤锦铭、杨进宇