南海北部表层海水磷的高分辨率珊瑚记录及其生物地球化学意义

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作为所有生物赖以生存的必需营养元素,磷(P)是海洋初级生产力最重要的限制性因子,对地球环境演变过程起着重要的调节作用。现代海洋P的地球化学循环不仅反映了大陆风化作用的变化,而且对海洋初级生产力的演化起着重要的制约作用。但是,人类活动对表层海水P地球化学循环的影响程度和机制尚不清楚。局部海域长时间尺度和高分辨率的表层海水P变化记录对于探究和解决上述问题具有十分重要的意义。本文利用采自南海北部永兴岛和涠洲岛的两个大型橙黄滨珊瑚(YXN1-1和W3)骨骼中的地球化学指标(P/Ca,Mn/Ca,δ13C,δ18O等),重建了两海域表层海水中P的浓度高分辨率变化历史,探究了表层海水P年/月分辨率变化的影响机制,并对人为活动对表层海水P地球化学循环的影响进行了评估。主要结论如下:(1)我们利用珊瑚年龄纹层、U-Th测年技术和δ18O周期变化的交叉验证,分别确定了永兴岛YXN1-1珊瑚和涠洲岛W3珊瑚的年龄框架。YXN1-1珊瑚覆盖的时间段为1851-2005年,W3珊瑚覆盖的时间段为1984-2015年。(2)我们利用YXN1-1珊瑚骨骼P/Ca比值重建了南海北部永兴岛海域过去150年左右的表层海水P的年际变化历史。1960年以前永兴岛表层海水P主要来源是受降雨控制的周边海域物质输入。1960前后的大规模鸟粪磷矿开采活动是1960-1973年的主要控制因素(年均增长率4.76%),1973-1995年表层海水P浓度的衰退则由海表P循环控制,1995年之后回归多年平均水平。人类活动造成的大量P输入在人类活动停止后并没有像未被浮游生物不断循环利用重金属元素(Mn)一样短期内(~5年)恢复到正常水平,而是持续影响了将近20年。此外,大型火山爆发的火山灰的影响不可忽略,但其影响时间非常有限。西沙群岛永兴岛海域的珊瑚δ13C被证实是海洋初级生产力的可靠代表,珊瑚δ13C于1973年达到峰值并在1960年至2005年期间与P/Ca呈线性相关(p<0.01)表明表层海水P浓度的升高对海表初级生产力具有显著贡献。(3)我们利用W3珊瑚骨骼P/Ca比值重建了南海北部涠洲岛海域过去30年左右表层海水P的月分辨率变化历史。涠洲岛海域表层海水P的变化分为两个阶段:1)1984-2000年,北部湾周边的生活污水是影响表层海水P浓度的主要控制因素,其间,1990年前后环保法律的颁布和环保措施的实施导致北部湾海域P浓度迅速下降。2)2000年以后,与涠洲岛旅游和石油业相关的交通运输业的快速发展(包括2006-2015年发生的溢油事件)成为控制表层海水P浓度的重要因素之一。火山活动对表层海水P也有一定的影响,但其影响机制有待进一步研究。由于人类活动的持续影响,涠洲岛海域降雨与表层海水P无显著相关性(p>0.05),其干湿季变化也不明显。对比δ13C与P/Ca的相关性,我们发现不同阶段表层海水P对初级生产力的影响具有明显差异,且大部分情况下二者相关性较弱。
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