近日,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋生源物質(zhì)循環(huán)與海洋碳匯過(guò)程研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Ocean Science上發(fā)表研究論文,從穩(wěn)定碳同位素(δ13C)視角研究提出了熱帶西北太平洋顆粒有機(jī)碳的垂向轉(zhuǎn)化過(guò)程與分層的新機(jī)制。
海洋每年吸收約26億噸大氣二氧化碳。其中,顆粒有機(jī)碳(POC)通過(guò)“生物泵”過(guò)程從表層輸送到深海,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期碳封存。然而,POC在沉降過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷復(fù)雜的合成與降解過(guò)程,但其轉(zhuǎn)化機(jī)制尚不明確。研究團(tuán)隊(duì)基于2022年“科學(xué)”號(hào)西太航次數(shù)據(jù),通過(guò)分析POC、DIC及其δ13C值的垂直分布,發(fā)現(xiàn)該海域POC轉(zhuǎn)化存在三個(gè)明顯的生物地球化學(xué)層:POC快速合成-降解層(0~300米)、凈降解層(300~1000米)和穩(wěn)定層(1000~2000米)。

圖1?研究區(qū)域站位
在快速合成-降解層中,δ13C-POC與C:N呈顯著負(fù)相關(guān),但與POC濃度無(wú)顯著關(guān)系,表明其變化受控于選擇性降解和光合作用的共同影響。在凈降解層,光合作用基本停止,POC降解占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)。此時(shí)POC中δ13C較重的易降解組分(如氨基酸和糖類(lèi))的大量選擇性降解導(dǎo)致δ13C-POC值隨深度增加逐漸降低。在穩(wěn)定層,POC濃度較低且主要由難降解的脂質(zhì)組成,在低溫、高壓等環(huán)境限制下,POC降解速率顯著減緩,其向DIC的轉(zhuǎn)化極為有限。因此,盡管該層的POC濃度較低,但其長(zhǎng)期穩(wěn)定埋藏對(duì)深海碳匯的貢獻(xiàn)不容忽視。

圖2?熱帶西北太平洋地區(qū)(a)POC與δ13C-POC、(b)DIC與δ13C-DIC的垂直分布特征
研究還從δ13C角度劃分了海洋水柱中POC轉(zhuǎn)化的3個(gè)生物地球化學(xué)層,提出以氨基酸為代表的活性組分的優(yōu)先降解是驅(qū)動(dòng)δ13C-POC變化的主要因素。該研究深化了對(duì)海洋碳循環(huán)過(guò)程的認(rèn)識(shí),為構(gòu)建更精確的海洋碳循環(huán)模型提供了重要的理論支撐。

圖3?各層δ13C-POC與C:N及δ13C-DIC的關(guān)系
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所博士畢業(yè)生田德統(tǒng),李學(xué)剛和宋金明研究員為共同通訊作者,馬駿、袁華茂、段麗琴等為合作作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
論文信息:
Tian, D., Li, X.*, Song, J.*, et al. (2025). Biogeochemical layering and transformation of particulate organic carbon in the Tropical Northwestern Pacific Ocean inferred from δ13C. Ocean Science, 21, 1627–1639. https://doi.org/10.5194/os-21-1627-2025
(本文來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院海洋研究所,“科學(xué)”號(hào)信息員封婧提供)