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冰期-间冰期南大洋ODP1094钻孔沉积物活性Fe来源变化的Fe同位素限定

6、海洋地球科学 > 专题2：海洋微量金属及其同位素地球化学循环：现代过程与地质记录

南极冰芯记录表明至少过去80万年以来大气CO2含量存在冰期-间冰期尺度的波动，前人普遍认为这与南大洋过程密切相关。南大洋作为全球主要的深水上涌和底部海水形成区域，主导了深海和表层海水的物质交换以及表层海水与大气之间的碳交换。同时，南大洋也是典型的HNLC（高营养盐低叶绿素）区域，微量元素Fe的通量会直接影响表层生物生产力，部分上涌的碳会被再次固定进入深海。过去基于深海沉积物的研究表明亚南极带冰期-间冰期的Fe通量与粉尘通量具有正相关关系，冰期（间冰期）Fe通量随粉尘通量的升高（降低）而升高（降低），表层生物生产力也随之增加（减少）(Jaccard et al., 2013)。但受深水上涌的影响，南极带Fe通量与粉尘通量的关系较为复杂，冰期-间冰期生物生产力的变化也表现出与亚南极带相反的趋势(Jaccard et al., 2013)。
本研究利用位于南极带内的ODP1094钻孔沉积物提取的活性Fe组分的Fe同位素组成对冰期-间冰期尺度南极带表层Fe来源做了初步的限定。沉积物活性Fe组分的提取采用了冷盐酸提取和EDTA提取两种方法，初步结果显示两种方法获得的活性Fe组分Fe同位素组成在误差范围内基本一致。重建结果表明，冰期-间冰期尺度ODP1094钻孔沉积物活性Fe组分的Fe同位素变化范围大于0.4‰,变化趋势与ODP1094钻孔的浮游有孔虫氧同位素记录类似(Hodell et al., 2003) ,且冰期活性Fe组分的Fe同位素值明显高于间冰期活性Fe组分的Fe同位素值。沉积物中活性铁的来源可能与陆架还原性沉积物、热液活动和粉尘通量变化等过程有关。考虑到ODP1094钻孔所处的具体地质环境,本研究认为冰期-间冰期尺度ODP1094钻孔沉积物活性Fe组分Fe同位素的变化很大程度上受南极带粉尘通量变化的影响:冰期粉尘通量升高,沉积物中非还原性溶解形成的活性Fe组分增加,导致活性Fe组分含量增加,活性Fe组分Fe同位素值变重;而间冰期粉尘通量降低,沉积物中非还原性溶解形成的活性Fe组分减少,导致活性Fe组分含量减少,活性Fe组分Fe同位素值变轻,接近该区域现代海水溶解Fe同位素组成(Abadie et al., 2017)。

参考文献:
Abadie, C., Lacan, F., Radic, A., Pradoux, C., Poitrasson, F., 2017. Iron isotopes reveal distinct dissolved iron sources and pathways in the intermediate versus deep Southern Ocean. Proceedings of the National Academy of Sciences 114, 858-863.
Hodell, D.A., Charles, C.D., Curtis, J.H., Mortyn, P.G., Ninnemann, U.S., Venz, K.A., 2003. Data report: Oxygen isotope stratigraphy of ODP Leg 177 Sites 1088, 1089, 1090, 1093, and 1094, Proc. Ocean Drill. Program Sci. Results, pp. 1-26.
Jaccard, S.L., Hayes, C.T., Martínez-García, A., Hodell, D.A., Anderson, R.F., Sigman, D.M., Haug, G.H., 2013. Two Modes of Change in Southern Ocean Productivity Over the Past Million Years. Science 339, 1419-1423.