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近800年来北太平洋副热带环流氮同位素的深海珊瑚记录

6、海洋地球科学 > 专题1：珊瑚对多尺度气候变化的记录与响应

北太平洋副热带环流（NPSG）作为全球最大的寡营养海域，其覆盖范围与表层海水物理化学状态在全球变暖背景下的变化对预测未来气候变化至关重要。现有观测数据和模型显示，NPSG具有扩张趋势，但不同区域生物生产力的变化并不一致。同时，近几十年来的观测数据显示，作为NPSG南侧边界的北太平洋赤道流（NEC）有向南迁移并增强的趋势，但现有观测的时间跨度不足以辨别全球变暖和自然波动对上述NEC和NPSG变化造成的影响。因此，进一步理解全球变暖对北太平洋中低纬的影响需要更多不同地理位置、长时间跨度的观测数据和古气候记录。
本研究所用的醜柳珊瑚（Primnoa sp. ）于2017年采自卡罗琳海山（140°10′55″ N, 10°31′22″, 水深1249 m），位于NEC南部海底。该区域北部的NPSG固氮作用显著，由此产生的生物有机质δ15N ~ 0 ‰；NEC中的无机氮主要来自北太平洋东部上涌区，因发生水柱中的反硝化作用（WCD）而富集15N。此外，本研究区无显著的上升流影响，水柱中含氧量高于发生反硝化作用的上限。前人研究显示，该海域由南向北、由西向东，δ15N受NEC携带的无机氮影响减弱，受固氮作用的影响增强。因此，本研究区表层海水δ15N可反映NPSG影响的强弱。
醜柳珊瑚的有机质部分物质来源于自表层下沉的有机颗粒（Sherwood et al., 2005）。位于本研究区附近的海水剖面显示，表层海水的NO3-被完全利用，因此深水珊瑚有机质可记录表层海水的氮同位素变化。
已获取的数据表明，过去800年间（年龄标尺由8个AMS 14C数据建立）珊瑚有机质δ15N较为稳定，由此推测，本研究区的海水表层氮同位素组成基本稳定。由于北太平洋东部上涌区在此期间无显著的WCD强度变化（Tems et al., 2016），因此可以认为NEC输送和固氮作用贡献的无机氮比例稳定。Sherwood et al. (2014) 在ALOHA（NPSG东部）附近的深海珊瑚记录中发现，表层海水δ15N自小冰期以来显著降低，可能与NPSG经向扩张和/或含铁气溶胶的增加造成的微生物群落变化有关。本研究显示，在NPSG的南部未出现此现象，可能由于NPSG的变化在不同位置并不一致。本研究中的数据显示，工业革命以来人类活动对北太平洋西岸中低纬地区表层海水微生物群落的影响程度并未超出自然波动。

参考文献：
Sherwood, O. A., Guilderson, T. P., Batista, F. C., Schiff, J. T., & McCarthy, M. D. (2014). Increasing subtropical North Pacific Ocean nitrogen fixation since the Little Ice Age. Nature, 505(7481), 78–81. https://doi.org/10.1038/nature12784
Sherwood, O. A., Heikoop, J. M., Scott, D. B., Risk, M. J., Guilderson, T. P., & McKinney, R. A. (2005). Stable isotopic composition of deep-sea gorgonian corals Primnoa spp.: A new archive of surface processes. Marine Ecology Progress Series, 301(June 2014), 135–148. https://doi.org/10.3354/meps301135
Tems, C. E., Berelson, W. M., Thunell, R., Tappa, E., Xu, X., Khider, D., … Hamann, Y. (2016). Decadal to centennial fluctuations in the intensity of the eastern tropical North Pacific oxygen minimum zone during the last 1200 years. Paleoceanography, 31(8), 1138–1151. https://doi.org/10.1002/2015PA002904