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大河河口硅稳定同位素动态变化 Dissolved silicon isotope dynamics in large river estuaries
发布日期:2020-2-12      浏览次数:130

2020年1月22日,地学领域权威期刊Geochimica et Cosmochimica Acta (IF=4.258)在线发表了我实验室张周凌博士题为Dissolved silicon isotope dynamics in large river estuaries的研究成果。

在海洋中,硅作为硅质生物(如硅藻、放射虫、硅质海绵和硅鞭藻)生长所需的主量营养元素发挥着关键作用。河流输入是海洋硅酸盐的主要来源,而河口连接陆地和海洋,可改变河流向海洋输入的硅通量,对近岸海域的硅藻生产力尤为重要。河口环境中的硅藻在大量吸收溶解态硅酸盐形成颗粒态生源硅时,优先吸收质量较轻的硅同位素而发生显著的硅同位素分馏。因此,硅酸盐硅稳定同位素组成(δ30SiSi(OH)4)及其变化可有效示踪河口硅的生物地球化学行为及其控制过程。全球尺度上,大河河口主导河流向海洋的硅输入,针对其硅元素和同位素组成的动态变化开展研究,有助于更全面地了解河口过程对全球硅循环的影响。

该研究首次集成分析了世界三大河口—亚马逊河口、长江口和珠江口表层水体中δ30SiSi(OH)4的分布特征与控制机制,通过检验每一河口系统中δ30SiSi(OH)4与盐度之间的关系,以区分物理混合过程与生物分馏效应。研究发现硅在不同河口的生地化行为各异:长江口和珠江口的δ30SiSi(OH)4在调查期间仅受控于河、海水两端元混合而呈现保守性;而亚马逊河口中、高盐度端由于硅藻吸收硅酸盐导致δ30SiSi(OH)4值显著增加,并估算该过程中硅同位素分馏系数为−1.0±0.4‰(瑞利模型)或−1.6±0.4‰(稳态模型)。此外,结合前人工作,研究进一步指出同一河口,如长江口的硅同位素行为可发生显著的季节性变化—冬季保守、夏季分馏,主要受控于不同环境条件下(水体停留时间、温度、光照等)硅藻生长的强弱。最后,根据亚马逊河口获得的分馏系数,预测河口硅移除将导致河流入海的δ30SiSi(OH)4全球平均值至少升高0.2-0.3‰。因此,为了更好地阐释大河河口在海洋硅循环中的作用,必须考虑河口混合过程中河流硅同位素原始信号的改变,以及单一河口硅同位素生地化行为的季节性变化。

该研究主要由实验室戴民汉教授课题组与德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心Martin Frank教授课题组合作完成,我室张周凌助理研究员为第一作者、曹知勉副教授为通讯作者,并得到科技部重大科学研究计划“南海碳循环过程、机理及其全球意义”(2015CB954000)和国家留学基金委公派留学项目的资助。

 

全球尺度上,河口硅移除对河流入海硅同位素组成的改变

 

论文来源:

Zhang Z, Cao Z*, Grasse P, Dai M., Gao L, Kuhnert H, Gledhill M, Chiessi C, Doering K and Frank M (2020). Dissolved silicon isotope dynamics in large river estuaries. Geochimica et Cosmochimica Acta. 273, 367-382.

 

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.01.028