青海湖长链烯酮的母源研究及不饱和度温标的建立

Long-chain alkenones (LCAs) have been widely and successfully used for paleotemperature reconstructions from ocean and lake sediments. Researchers have found the LCAs in many Chinese lakes, but lack of researches about alkenone-producing haptophyte species and theirs growth process. Beside, calibration of alkenone temperature relationship has been challenging, because the conventional calibration approach involves using alkenones from surface sediments of different lakes. Recent studies have shown that different lakes can harbor different alkenone-producing haptophyte species, with different temperature sensitivities. Thus calibration using samples from different lakes can introduce significant errors. We study the alkenone-producing haptophyte species and theirs growth process and propose to use an innovative approach to calibrate alkenone temperature relationship in Qinghai lake on the Qinghai-Tibetan Plateau. We will perform in-situ incubation experiment directly from lake waters, in order minimize disturbance to the system and maintain the same haptophyte species composition as natural lakes. Our initial test of the method is successful. The proposed study will provide the most accurate calibration for alkenones in Lake Qinghai and produce the more reliable paleo-temperature reconstruction since the last glacial maximum and especially during the Holocene.

长链烯酮不饱和度指标作为定量反映温度变化的重要指标，在海洋和湖泊中得到广泛应用。近年来，研究者们在中国许多湖泊中开展了长链烯酮研究工作，但对长链烯酮母源种类及其生长过程研究则很少。此外，以往研究多利用湖泊表层沉积物或水体过滤样品来讨论长链烯酮不饱和度与温度之间的关系，这些方法都存在明显的弊端，无法剔除长链烯酮物种变化和其他环境因素的影响，建立的转换函数会出现很大误差。为了解决上述问题，项目将对青海湖的长链烯酮母源种类及其生长过程进行研究，并在野外直接对青海湖的湖泊水体进行温度培养实验，建立更为准确的长链烯酮不饱和度温标的转换函数。我们的初步工作已证明了这个新方法的可行性。青海湖沉积物含丰富的长链烯酮，这个申请项目将极大提高末次冰期到全新世青藏高原古温度重建的可靠性。

在盐湖中已经开展了利用长链烯酮进行古温度和古盐度的定量重建的研究工作，然而盐湖中通常存在多个长链烯酮的母源，极大的妨碍我们对沉积物中长链烯酮数据的解释。我们通过对湖泊表层沉积物和水体过滤样品进行DNA分析，获得了现代青海湖长链烯酮母源种属的时空分布特征。结果显示在湖泊的近岸区域长链烯酮母源种属较为多样，存在3个物种，而在远离岸边的位置，DNA结果显示仅有一个物种生产长链烯酮，且主要在夏季生长。此外，我们对青藏高原北部的柴达木盆地中尕海湖的短岩芯进行了长链烯酮分析，并与临近的德令哈气象站数据进行对比，进一步解释了尕海湖中长链烯酮的环境指示意义。长链烯酮的分布特征在1980年前后发生了显著变化，表明长链烯酮母源种属组成发生了变化，使得长链烯酮的不饱和度指标在1980年之后快速降低。我们发现长链烯酮不饱和度指标在1980年之前和之后分别记录了不同季节的水温，指示不同长链烯酮母源种属主要生长季节不同。虽然长链烯酮的母源发生变化，然而我们发现长链烯酮%C37:4指标与春季降水量和冬春降水量有很强的线性关系（R2 = 0.83和0.81）。我们推测1980年之后冬春降水显著增加，使得春季湖泊解冻后表层水体淡化，促使产生%C37:4较高的物种在这个期间爆发式生长。因此，我们建立了长链烯酮%C37:4指标与春季降水量和冬春降水量转换方程，并且对之前发表的长链烯酮%C37:4数据进行计算，定量重建了过去1000年的春季降水量和冬春降水量。重建的结果表明在小冰期，特别是太阳活动极小期，冬春季节的降水量大幅度增加。这一发现与西风控制的中亚和青藏高原北部地区之前发表的相对湿度记录一致。之前的研究预测可能在未来几十里进入太阳活动极小期期间，受太阳活动减弱的影响，我们预测研究区的冬春降水量也将增加约30%。