科学研究
【科研动态】海洋学院谢瑞芳在国际权威期刊《Global Biogeochemical Cycles》发表研究成果,探讨本格拉上升流海区溶解态痕量金属从陆架最小含氧带向远洋的输送通量
发布日期: 2022/10/09

近日,上海交通大学海洋学院长聘教轨副教授谢瑞芳在国际地学权威期刊Global Biogeochemical Cycles上,以共同通讯作者的身份发表了题为“Sediment release in the Benguela Upwelling System dominates trace metal input to the shelf and eastern South Atlantic Ocean”的研究论文。该论文由谢瑞芳副教授与德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心博士生刘特(第一和共同通讯作者)、Stephan Krisch博士、Marcus Dengler研究员、Eric Achterberg教授及南方科学技术大学的Mark J. Hopwood副教授等人合作完成。GEOTRACES国际项目的科学亮点已对此研究论文进行了专题报导。

在还原条件下,近岸最小含氧带(oxygen minimum zones,OMZ)是多种痕量金属的重要来源。这些痕量金属如铁(Fe)、钴(Co)等直接参与浮游植物生长活动,对海表初级生产力至关重要。从还原性沉积物中释放出来的痕量金属如能到达海表,将有潜力缓解海表的铁限制,并有效提高海表初级生产力。在全球变暖的影响下,海洋脱氧将进一步加剧,这将直接制约陆架沉积物的还原强度。因此,有效量化近岸OMZ中生物可利用的痕量金属向上层水体和远洋的输送通量,将有助于进一步明确制约未来OMZ初级生产力的关键痕量金属及区域性生物地球化学过程对海洋脱氧的反馈机制。然而,该通量的准确测定是当今学界面临的一个难题。

本研究依托GEOTRACES国际项目的GA08航次,于南大西洋东部本格拉上升流海区采集了高空间分辨率的海水样品,并测量了海水中溶解态Fe、Co、锰(Mn)、镉(Cd)、镍(Ni)、铜(Cu)的浓度。数据结果显示Cd、Ni、Cu在陆架海区的垂直分布与常量营养盐一致。相对于开阔大洋,陆架OMZ中Cd、Ni、Cu与磷酸盐的线性相关斜率明显降低,传统观点认为OMZ上部是Cd、Ni、Cu的重要汇。但本研究指出,OMZ中Cd、Ni、Cu:PO4比值与浮游植物细胞中对应配额相近,明确了次表层海水再矿化是影响溶解态Cd、Ni、Cu与PO4斜率改变的主导因素。另一方面,Fe、Mn、Co的浓度与水体溶解氧浓度呈负相关关系,在底层水中因还原性沉积物的释放而显著增高。

图1. 本格拉上升流海区(a)Cd-PO4浓度散点图;(b)Fe、Co、Mn与表观耗氧量(AOU)散点图。

本研究进一步结合同一航次上升流流速、海表洋流流速、痕量金属横向和垂向的浓度梯度等物理、化学参数,系统量化了南大西洋东部表层水中痕量金属的自下而上的垂向通量及其从陆架到远洋的离岸水平通量,指出陆架还原性沉积物是陆架及远洋浅层水体Fe、Co、Mn的最重要的源。随着未来海洋脱氧进一步加剧,陆架还原性沉积物向底层水的Fe、Co、Mn通量将大幅增加,并可能促进区域性初级生产力由铁限制转向氮限制。

图2. 本格拉上升流海区Fe、Co、Mn通量示意图。灰色阴影表示位于纳米比亚大陆架上的贫氧区,箭头大小指示通量大小,虚线箭头表示海洋进一步脱氧下不同痕量金属通量的变化。右下角小图为站位图,蓝色和红色箭头指示海表主要洋流。

谢瑞芳,上海交通大学长聘教轨副教授,化学海洋方向,2007年本科毕业于中国科学技术大学,2013年博士毕业于美国德州农工大学,2013-2016年和2016-2021年分别在德国马克斯·普朗克化学研究所和德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心从事博士后/首席研究员工作,于2021年加入上海交通大学海洋学院,主要研究方向为痕量金属海洋生物地球化学循环和海洋碳循环,曾独立主持一项德国科学基金会项目(DFG,2020-2021,28.02万欧元),以第一/通讯作者在Earth Planetary Science Letters、Geochimica et Cosmochimica Acta、Global Biogeochemical Cycles、Biogeosciences等国际权威期刊发表SCI论文9篇。

论文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022GB007466  

 

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