近日,中國科學(xué)院海洋研究所宋金明研究團隊聯(lián)合德國亥姆霍茲基爾海洋研究中心(GEOMAR)在地學(xué)領(lǐng)域Nature Index期刊Geochimica et Cosmochimica Acta發(fā)表了題為“Variations in isoprenoid tetraether lipids through the water column of the Western Pacific Ocean: implications for sedimentary TEX86 records”的研究成果,在揭示西太平洋水柱中古菌膜脂—甘油二烷基甘油四醚(GDGTs)控制因素的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)次表層水體GDGTs的輸出控制了沉積物中基于GDGTs的古溫度指標TEX86,因此,沉積物中TEX86精確記錄了次表層海水溫度而非表層海水溫度(SST)。
重建地質(zhì)時期的海水溫度對于了解地球環(huán)境演變與氣候變化具有重要意義。由于古菌膜脂組分GDGTs的構(gòu)成對溫度響應(yīng)敏感,基于此構(gòu)建的TEX86溫度指標被古海洋學(xué)家廣泛用于重建海水溫度。早期的研究認為沉積物中埋藏的GDGTs主要來源于海洋上表混合層,因此TEX86記錄的是表層海水溫度。然而,隨著研究的深入,發(fā)現(xiàn)次表層以及深層水中的GDGTs也可埋藏進入沉積物中,TEX86反演的也可能是次表層水溫。為進一步探究這一科學(xué)假設(shè),本研究搭載“科學(xué)”號科考船在西太平洋三個全水柱采集了懸浮顆粒物樣品,進行了顆粒態(tài)GDGTs與古菌群落結(jié)構(gòu)分析,并對鄰近區(qū)域已有報道的表層沉積物GDGTs數(shù)據(jù)進行匯總歸納和解析。
研究發(fā)現(xiàn),水柱中GDGTs主要來源于奇古菌,GDGTs濃度的最大值通常出現(xiàn)在次表層150米到200米附近,與亞硝酸鹽濃度和古菌豐度最大值深度相一致,顯示水柱中GDGTs受到古菌原位生產(chǎn)的調(diào)控(圖1,2)。GDGTs的兩個組分GDGT-2與GDGT-3的比值[2/3]隨水深的增大而逐漸增大(圖3)。統(tǒng)計分析表明,這一構(gòu)成的變化可能與古菌群落的轉(zhuǎn)變相關(guān)。先前的研究已發(fā)現(xiàn)奇古菌可分為淺水型和深水型兩類生態(tài)型,這表明深水型奇古菌可能優(yōu)先合成GDGT-2。

圖1 西太平洋研究站位水柱中GDGTs濃度及構(gòu)成變化

圖2 西太平洋研究站位水柱中古菌豐度及群落結(jié)構(gòu)變化
為確定沉積物中GDGTs起源的水層,本研究基于顆粒物和沉積物中[2/3]比值,采用輸出模型對水柱中GDGTs的輸出深度進行了識別,結(jié)果顯示水柱中的GDGTs主要由次表層(150米到200米)輸出至沉積物中(圖3)。進一步統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),沉積物中的TEX86指標與海水次表層30年平均水溫的相關(guān)性遠優(yōu)于表層水溫(圖4),揭示了大洋沉積物中的TEX86可更精確地記錄次表層水溫而非表層水溫SST。這一發(fā)現(xiàn)對將來古海洋溫度重建和古氣候變化研究具有重要科學(xué)意義。

圖3 西太平洋水柱中原位溫度、TEX86反演溫度與[2/3]比值的垂直變化

圖4 沉積物中TEX86指標與不同水層海水年均溫度的關(guān)系
論文第一作者為海洋研究所郭金強博士(現(xiàn)為GEOMAR博士后),袁華茂研究員為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等項目聯(lián)合支持。
論文信息:
Guo, J. Q., Wang, Z. Y., Achterberg, E. P., Yuan, H. M., Song, J. M., Wang, Y. N., Li, X. G., Duan, L. Q., and Qu, B. X. (2024). Variations in isoprenoid tetraether lipids through the water column of the Western Pacific Ocean: implications for sedimentary TEX86 records. Geochimica et Cosmochimica Acta. 368: 24-33. https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.01.013.
(本文來源于中國科學(xué)院海洋研究所,“科學(xué)”號信息員封婧改編提供)