沉积氮同位素指示北冰洋古硝酸盐利用程度可靠性研究

利用稳定同位素指示硝酸盐是目前为止探索古营养盐循环最成熟的手段之一。然而在反映海洋上层古硝酸盐信息时，氮同位素信号在水柱沉降以及沉积界面埋藏过程发生偏移是限制该方法发展的主要原因。针对这一问题，本课题拟以中国第三次北极考察采集的悬浮颗粒物、沉积物捕获器样品和多管短柱沉积物为对象，采用现代过程与沉积记录相结合的方法，通过分析有机碳、氮含量及其同位素，有机质降解指数，间隙水硝酸盐及其同位素和固定态无机氮同位素等参数，结合中国极地数据库共享平台提供的其他海冰、水文、生物和化学资料，评估楚科奇海水柱早期降解、沉积界面早期成岩和脱氮作用以及无机氮稀释等关键生物地球化学过程对氮同位素的改造，解析沉积物氮同位素与浮游植物光合作用产生颗粒物的氮同位素信号（代表上层硝酸盐信息）之间的对应关系，为北极利用氮同位素反映古营养盐提供依据，同时对其他古海洋替代指标具有借鉴意义。

摘要：利用沉积氮同位素重建海洋上层水体硝酸盐利用程度应得到广泛应用，但是错综复杂的氮循环过程存在着许多不确定性。利用2003年和2008年夏季第二次、第三次北极科学考察时采集的楚科奇海和加拿大海盆表层沉积物和颗粒物样品的氮稳定同位素（δ15N）比值。结果显示，楚科奇海陆架海区δ15N比值分布在4.8¬-9.2‰之间，平均为7.1‰，且15N比值随着纬度的升高而变重，与海洋表层水体NO3-浓度亦呈良好的线性关系。这一现象表明楚科奇海陆架海区沉积氮同位素可能具有重建该海区上层水体硝酸盐利用程度的潜力。加拿大海盆区表层沉积物15N比值分别在1.1‰-4.8‰范围内，且随着水深增加其15N比值越轻。通过分析表明，可以排除固氮作用对研究海区δ15N比值的影响。陆源有机质输入的影响在加拿大海盆比楚科奇海明显。在楚科奇海南部和中部，颗粒物沉降过程中有机质再矿化和选择性降解可能同时发生使其15N比值变化较小。而在楚科奇海东部，有机质矿化过程使得颗粒物15N比值在深层明显偏重。虽然楚科奇海沉积界面有明显的脱氮作用，但是对表层沉积物15N比值改造较小。无机氮稀释作用使得楚科奇海东部和加拿大海盆表层沉积物氮同位素偏轻。综上所述，楚科奇海南部和中部海区沉积氮同位素可能是重建上层水体硝酸盐利用程度的良好指标。