中国海洋大学深海前沿中心在南海蓝洞研究中取得新成果

作者:姚鹏来源:海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室 发布时间:2020-05-03点击数:2033

《Nature报道界面

  本站讯 近期出版的国际著名地学期刊《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences(地球物理学研究:生物地球科学)》发表了题为“Carbon cycling in the world’s deepest blue hole”(《世界最深蓝洞的碳循环过程》)的最新研究成果。该成果由中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心、海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室(以下简称“海化重点实验室”)、海洋高等研究院姚鹏教授为第一作者和通讯作者,美国佛罗里达大学Thomas Bianchi教授、三沙航迹珊瑚礁保护研究所傅亮所长,中国海洋大学海洋地球科学学院杨作升教授、海洋生命学院张晓华教授、海化重点实验室王旭晨教授和于志刚教授等为合著者的多学科交叉国际科研团队共同完成。

  蓝洞(Blue holes)是碳酸盐岩台地中完全被海水淹没的大型海洋洞穴。近岸碳酸盐岩体在海平面低位时出露海面受到溶蚀形成溶洞(喀斯特竖井),全新世高海面时,溶洞充水则形成蓝洞。“三沙永乐龙洞”(Sansha Yongle Blue Hole)位于南海西沙群岛的永乐环礁中石屿的珊瑚礁坪上。2016年7月由三沙航迹珊瑚礁保护研究所傅亮所长带领的科考队探明其水深超过300米,是目前世界上已知最深的海洋蓝洞,比世界上深度第二蓝洞(巴哈马迪恩斯蓝洞)和第三蓝洞(洪都拉斯伯利兹大蓝洞)分别深98m和177m。永乐龙洞是具有极高价值的独特海洋地貌单元,它独特的自然条件,对研究海洋特殊生态系统等意义重大。由于与外界仅通过潮汐交换海水,蓝洞内往往具有较大的生物地球化学梯度,跃层明显,微生物群落与普通海洋环境迥异。在过去的几十年里,针对蓝洞环境的物理、化学和生物特征已经开展了较为丰富的研究,但对于蓝洞内碳循环过程了解却很有限。对于蓝洞内碳的来源、分布、年龄(活性)和迁移转化过程以及蓝洞地形和地球化学特征等对碳循环的影响仍然知之甚少。

  2017年3月,团队在永乐龙洞开展了多学科综合调查,分析了水文、化学、地质和微生物等多种参数,以研究控制其溶解碳循环的潜在机制。研究表明,永乐龙洞内100m以下是无光、无氧、硫化和产甲烷的环境。DOC含量最低仅有22 µM,显著低于大洋深层水最低的36 µM,14C年龄约6810 yr. BP,也老于大洋深层水DOC年龄。在DOC含量最低的层次,硫氧化细菌的相对丰度明显升高,表明在永乐龙洞内碳循环过程与硫循环过程紧密耦合在一起。永乐龙洞内如此低的DOC含量可能为理解深海水中难降解溶解有机碳(recalcitrant DOC, RDOC)的组成和活性(可降解性)提供了新的认识。DIC含量最高达到3090 µM,年龄达8270 yr. BP,均显著高于大洋深层水数值。分析表明,有机碳分解(硫酸盐还原)和酸性环境下碳酸盐溶解对于永乐龙洞内DIC的富集同等重要。这些研究结果表明,永乐龙洞是一个不可多得的、独特的天然实验室,对于海洋特殊生态系统的研究有独特价值和重要意义。从有氧到无氧的梯度转变不但可以用来研究碳循环过程,还可以用来研究多种元素的氧化还原过程,有助于深入理解现代海洋乃至古海洋元素的生物地球化学循环。

三沙永乐龙洞碳循环过程及潜在控制机制概念图(Yao et al., 2020

  此项成果发表之后,得到了国际广泛的关注。国际顶尖学术期刊Nature、美国地球物理联合会(AGU)会刊Eos分别以研究亮点的形式对成果进行了报道。应Nature Research Chemistry Community邀请,团队撰文介绍了文章背后的故事。

  除了蓝洞碳循环相关研究,该团队还在蓝洞生物地球化学过程、悬浮体和沉积物特性、浮游生物和底栖生物群落组成、微生物群落结构和新种鉴定等方面获得了一系列研究成果,迄今已发表文章15篇,其中封面文章2篇。研究工作得到了中国海洋大学中央高校基本科研业务费专项资金、三沙航迹所南海研发计划项目、国家自然基金委员会和青岛海洋科学与技术试点国家实验室的大力支持。

通讯员:姚鹏

附:

JGR文章:Carbon Cycling in the World’s Deepest Blue Hole(世界最深蓝洞的碳循环过程)

《科学通报》封面文章:《南海三沙永乐龙洞营养盐垂直分布及控制因素》

NatureResearch Highlights:Earth’s deepest ‘blue hole’ holds a cache of ancient carbon

AGU Eos Research Spotlights:Carbon Cycling in the World’s Deepest Blue Hole

Nature Research Chemistry Community—Behind the Paper:A glimpse of carbon cycling in the world’s deepest blue hole

相关链接:

【中央电视台】海南三沙:永乐龙洞被证为世界已知最深蓝洞

中国海洋大学专家参与“三沙永乐龙洞”勘察

三沙航迹珊瑚礁保护研究所所长傅亮一行访问中国海洋大学

编辑:左伟

责任编辑:李华昌

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