【摘 要】
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东赤道太平洋（EEP）是全球大洋重要的上涌区域。风力驱动次表层的海水上涌为表层海水带来大量的营养物质和无机碳,并向大气中净释放CO2,因而EEP成为显著的大气CO2来源。然而EEP表层海水的生物可利用Fe却远不能满足浮游植物的初级生产需求,成为典型的Fe限制海域。不同程度的Fe限制会进一步影响表层海水的生物群落结构,造成输出到深水的生物颗粒成分和通量的变化,影响生物碳泵效率,并进一步影响全球碳循环
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“第四纪深海化学演化”（41822603）,上新世以来西太平洋沉积铁同位素演化研究（91858105）；
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东赤道太平洋（EEP）是全球大洋重要的上涌区域。风力驱动次表层的海水上涌为表层海水带来大量的营养物质和无机碳,并向大气中净释放CO2,因而EEP成为显著的大气CO2来源。然而EEP表层海水的生物可利用Fe却远不能满足浮游植物的初级生产需求,成为典型的Fe限制海域。不同程度的Fe限制会进一步影响表层海水的生物群落结构,造成输出到深水的生物颗粒成分和通量的变化,影响生物碳泵效率,并进一步影响全球碳循环的变化。晚中新世以来,EEP的海洋环境与生物生产力发生了显著变化,但对于生物生产、生物碳泵效率和Fe限制之间的联系却缺乏研究。在这里本文选择EEP ODP 1241和ODP 677钻孔沉积物,钻孔年龄范围分别为～8 Ma以及～6 Ma,通过多个生产力指标(蛋白石、有机碳、过剩Baex、碳酸钙)的埋藏通量来重建晚中新世以来两个钻孔的生物生产力变化。同时,利用连续化学淋滤沉积物Fe组分分析、铬还原法黄铁矿分析以及主微量元素分析,以探究Fe的输入与两个钻孔生物生产之间的关联。677钻孔由于孔隙水曾经发生过较强硫化,生产力指标如重晶石已发生显著溶解和丢失,但其为高生产力与热液叠加影响下的沉积铁组分特征提供了新约束。677钻孔Fe/Al大约为0.78±0.14（n=35,1 SD）,明显高于上部陆壳的平均值0.44,而Al/Ti与上部陆壳接近且保持稳定在22.4±1.3（n=35,1 SD）,可以推测,相当一部分Fe应来源于活跃热液活动和高生产力背景下有机碳颗粒对水柱中Fe氢氧化物微粒的吸附或Fe的自聚集/沉淀。高活性Fe与总Fe的比值(FeHR/Fe T)大约为0.30±0.10（n=35,1 SD）,远低于活性Fe加入通量的预期,表明一部分活性Fe可能在高生产力背景下转化为活性较差的组分。同时,部分活性Fe发生了黄铁矿化,黄铁矿Fe与高活性Fe比值(Fepy/Fe HR)大约为0.39±0.14（n=35,1 SD）,最高可达0.7左右。ODP 677钻孔在1.5～2.2 Ma记录到强烈的有机碳通量增高现象,有机碳含量可达4.61%,其高Mo和U通量指示了该时期早期成岩中孔隙水可能处于高硫化环境,但钻孔中黄铁矿埋藏通量或Fepy/Fe HR的高值则出现在钻孔更深的位置,表明孔隙水中部分还原态硫和铁可能发生迁移并在更深处沉淀。与目前已发表的氧化性底水环境下的沉积物的Fe组分相比,ODP 677钻孔部分样品含有较高程度的Fepy/Fe HR和FeHR/Fe T同时升高现象,与典型的“铁化海洋”沉积特征吻合。这一结果证实在利用Fe组分解释古深水的氧化还原环境时,需可靠分析沉积环境并排除高生产力和热液活动叠加作用的潜在影响。相较之下,1241钻孔各生产力指标变化一致,且黄铁矿化较弱,因而能可靠检验构造时间尺度上Fe对生物生产力和生物碳泵的影响。8 Ma来1241钻孔生物生产力演化可以划分为两个阶段:（1）8～4.5 Ma晚中新世生物生产力大爆发阶段（LMBB）,这一阶段各生物生产力指标的埋藏通量均较高,但并不完全协同;（2）4.5 Ma至今相对较低生物生产力阶段。晚中新世以来构造时间尺度上,1241钻孔全铁（FeT）通量、高活性铁通量(FeHR)与各生物生产力指标均缺乏相关性,表明Fe的输入并没有驱动生物生产力的变化,并且在输出生产力越高的时候,受Fe限制的程度越强。在LMBB期间,1241钻孔记录到蛋白石/过剩Baex的比值同步升高,揭示了硅藻壳体硅化效率的增强（或有机碳/硅藻输出减少）,与前人对现代上涌区初级生产和Fe限制的认识一致。在晚中新世时,EEP上升流加强或/和大洋营养物质重组维持了表层海水较高的生物生产力,可能造成Fe限制程度进一步增大,刺激了上涌区硅藻硅化的增强,抑制了对无机碳和其他营养物质的吸收。LMBB期间的Fe限制效应间接降低了生物碳泵效率,减弱了表层海水对大气CO2的吸收能力。
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