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中国东部近海沉积有机碳的分布、埋藏及碳汇效应 | SCES封面文章

已有 307 次阅读 2024-10-31 14:14 |个人分类:《中国科学》论文|系统分类:论文交流

海洋是地球上最大的活性碳库，有机碳则是海洋碳库的重要组成部分。查清海洋碳库关键信息底数、量化海洋碳库的空间格局，可以准确估算海洋碳库收支，更好地认识和调控人类活动对海洋碳汇的影响，也是认识海洋增汇和实现碳中和的重要前提。自然资源部第一海洋研究所石学法研究团队利用采自渤海、黄海和东海海域的5796站沉积有机碳含量及相关地球化学和沉积学参数，总结阐明了中国东部近海沉积有机碳分布和埋藏规律，系统估算了有机碳埋藏通量，综合评估了沉积碳汇效应强度，基本摸清了中国东部近海沉积有机碳“家底”：中国东部近海沉积有机碳埋藏通量为8.20 Mt C a^-1，其中生源有机碳埋藏通量为6.92 Mt C a^-1。在自然状态下，中国东部近海沉积物中每年固定的有机碳相当于25.37 Mt大气CO₂，具有非常可观的碳汇效应。相关成果发表于《中国科学：地球科学》中英文版2024年第10期。

以往关于中国东部近海沉积有机碳的研究在空间上只覆盖了部分区域和沉积物类型，且未能将沉积有机碳变化与海区沉积特征充分结合起来，缺乏对海区沉积过程和环境的全面分析。存在的主要问题是：一方面尚未对渤海、黄海和东海沉积有机碳的分布特征和变化规律进行精细的全面刻画；另一方面也未对沉积有机碳埋藏量、来源及收支进行系统和翔实的计算，特别是未基于沉积物质量收支进行研究讨论，只是进行了非常粗略的估算，没有给出精确的数据。因此，系统开展渤海、黄海和东海沉积有机碳的分布特征和变化规律研究，精确估算渤海、黄海和东海沉积物中有机碳的埋藏通量和碳汇潜力十分必要。

自然资源部第一海洋研究所石学法研究员、吴斌副研究员、乔淑卿研究员等基于近年编制出版的1:100万《渤海、黄海和东海沉积物类型图》以及渤海、黄海和东海现代沉积物收支研究结果，利用海区内迄今为止覆盖范围最广和采样密度最高的沉积有机碳（5796站）及其相关参数数据集(图1)，阐明了中国东部近海沉积有机碳的分布特征和控制因素，基于海区沉积物收支平衡获得了中国东部近海沉积有机碳埋藏通量，提出了百年尺度上有机碳埋藏主要发生在七大泥质区(图2)。

图1 渤海、黄海和东海沉积有机碳及相关参数

(a)有机碳含量; (b)碳氮比; (c) δ¹³C; (d)陆源有机碳比例; (e)海源有机碳比例; (f) Δ¹⁴C; (g)有机碳年龄; (h)黑碳

渤海、黄海和东海有机碳含量分布趋势与细粒组分分布密切相关，形成了TOC在泥质沉积区含量相对较高，而在渤海东部与东北部、北黄海中东部、苏北浅滩和东海中外陆架等非泥质区普遍较低的分布格局(图1a)。渤海、黄海和东海的泥质沉积区是我国东部近海沉积有机碳的主要埋藏地区（图2），基于沉积物收支得到渤海、黄海和东海泥质区有机碳埋藏通量分别为1.30 Mt C a^-1、2.71 Mt C a^-1、4.19 Mt C a^-1，总计为8.20 Mt C a^-1，约占全球海底有机碳埋藏通量的5.3%。生源有机碳代表了对降低大气CO₂具有直接作用的沉积有机碳组分，渤海、黄海、东海生源有机碳埋藏通量分别为1.08 Mt C a^-1、2.37 Mt C a^-1和3.47 Mt C a^-1, 总计6.92 Mt C a^-1，该通量显著高于中国近海红树林(~0.09 Mt C a^-1)、盐沼(0.26 Mt C a^-1)和海草床(~0.01 Mt C a^-1)等湿地蓝碳碳汇，而与我国东部九大水系流域硅酸盐风化强度(5.05~7.52 Mt C a^-1)相当。在自然状态下, 中国东部近海沉积物中每年可固定的有机碳相当于25.37 Mt大气CO₂，具有非常可观的碳汇效应。

图2 渤海、黄海和东海现代沉积速率(a)、有机碳埋藏速率(b)、陆源有机碳埋藏速率(c)、海源有机碳埋藏速率(d)和黑碳埋藏速率(e)

渤海、黄海和东海陆源有机碳的分布和埋藏主要受控于大河的输运过程和海区复杂水动力环境。黄河、长江等大河输入的大部分颗粒有机碳均吸附在细粒沉积物中，沉积在泥质区。渤海和黄海水深较浅、高惰性陆源有机碳输入和稳定的沉积环境更有利于有机碳保存；东海陆架宽广并受到较强动力环境的影响，沉积物再悬浮和再搬运作用强烈，沉积环境多变，加剧了有机碳的迁移和转化，导致陆源有机碳的保存效率较低(图3)。筑坝等人类活动显著降低了河流入海沉积物通量。对比流域建坝前后不同来源有机碳埋藏通量，发现建坝后陆源有机碳、生源有机碳和岩源有机碳的埋藏通量均下降60%以上，表明筑坝活动显著降低了中国东部近海的有机碳埋藏。未来在流域建坝增加的背景下，入海泥沙和有机碳将会继续减少，或将深刻影响我国东部近海陆架沉积有机碳分布和埋藏格局。