南海晚第四纪颗石藻钙化作用与海洋酸化研究

Ocean acidification has been identified as a threat to marine ecosystem especially calcified organisms. Coccolithophores as the primary calcifying phytoplankton group play an important role in marine carbon cycle. To understand the impact of ocean acidification on coccolithophore calcification is the foundation for predicting marine ecosystem change in future. By analyzing the morphologic size and weight of coccoliths in three sediment cores in the South China Sea, the purpose of this project is to study the response of coccolithophore calcification to different CO2 condition since the last glaciation. Combined with the study on the coccolithophores in surface sediments and modern water column in the South China Sea, it is to investigate the environmental effect on coccolith size and weight during coccolithophore living, sedimentation and preservation. We will explore the relationship between coccolithophore calcification and environmental parameters, especially the response to ocean acidification and ocean carbon system change. This would be helpful in seeking potential index of ocean acidification.

海洋酸化对海洋生态系统特别是钙化生物构成威胁。颗石藻作为主要的钙化浮游生物，在海洋碳循环过程中具有重要作用。了解海洋酸化对颗石藻钙化作用的影响是预测海洋生态系统变化的基础。通过分析南海不同海区3个沉积物柱状样中颗石形态大小和重量变化，揭示末次冰期以来不同大气CO2条件下颗石藻钙化作用的变化规律。结合对南海表层沉积物和现代海水中颗石藻的分析，综合研究在颗石藻生长、沉降、保存过程中环境因素对颗石形态大小和重量的影响，寻求颗石藻钙化作用对海洋环境和气候变化的响应，重点在于对海洋酸化和海洋碳酸盐系统变化的反应，找寻海洋酸化过程的潜在替代性指标。

本项目在国家青年基金的资助下，对南海沉积物中的颗石藻化石及古海洋环境进行研究，主要研究内容包括：（1）对南海表层沉积物中颗石属种、形态、沉积物碳酸钙含量等指标进行分析，揭示了颗石形态变化的空间分布规律，探讨颗石沉降埋藏过程中溶解作用对颗石形态的影响。（2）对南海北部沉积物柱状样进行高分辨率颗石属种分析与颗石形态重量分析，重建晚第四纪以来南海主要属种颗石重量的变化历史，频谱分析显示颗石重量变化具有明显米兰科维奇周期。（3）研究地质记录中颗石形态和重量在时间序列上的演化过程，探讨海洋碳酸盐溶解作用、海水碳酸盐系统、海洋温盐环境、大气CO2浓度等对颗石藻钙化作用的影响，揭示了南海颗石藻钙化作用在不同大气CO2条件下的变化特征。所取得的重要认识主要包括：（1）南海表层沉积物碳酸钙沉积主要分为三种类型：陆架浅海区、陆架-海盆区和深海盆区，碳酸钙除了受地形及水深控制外，还受到海洋底部洋流环境控制，颗石藻化石在陆架-海盆区保存最好，受海洋酸化与溶解作用影响最小，颗石形态变化可以作为海洋碳酸钙溶解与保存状况的替代性指标；（2）首次重建了南海200 ka以来不同属种颗石重量变化高分辨率记录，颗石重量变化具有明显天文轨道周期，颗石藻钙化作用受包括海水碳酸盐系统、海水温盐等多种环境因素的共同影响；（3）揭示了颗石藻钙化作用在地质历史记录中大气CO2快速升高的冰期终止期的不同表现，在终止期I期（过去20 ka以来）颗石藻钙化作用受大气CO2变化影响，当大气CO2含量升高时，颗石藻钙化作用降低，海洋酸化对钙质生物造成威胁，在终止期II期（过去140-110 ka），南海主要颗石藻属种Emiliania huxleyi和Gephyrocapsa oceanica钙化作用反向变化，与海洋环境变化相关性较差。