夏季白令海和楚科奇海碳酸盐体系研究

来源 :自然资源部第三海洋研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rookielv
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白令海和楚科奇海分别作为亚北极和北极的边缘海,因广阔的陆架面积和夏季高生产力,使两海域成为夏季CO2强汇区。然而近几十年伴随全球气候变化的影响,两海域海水环境和碳酸盐体系也发生明显改变。水体暖化、海冰消退、生物群落的北移等都促使白令海碳汇能力发生改变,海洋酸化加剧。同时,楚科奇海CO2汇趋势变化极其不确定。太平洋入流水既为夏季北冰洋提供大量营养盐,同时也将更多太平洋酸化水体带到楚科奇海,加剧北冰洋海洋酸化,从而对亚北极和北极生态环境造成威胁。因此,对白令海的海表CO2分压(pCO2)长期变化趋势及海洋酸化的研究有极其重要意义。本文利用2019年8月~9月在白令海和楚科奇海开展的中国第十次北极科学考察,对白令海及楚科奇海碳酸盐体系(pCO2、DIC、TA)、以及溶解氧、营养盐(NO3-、PO43-等)数据,阐明了白令海碳源汇分布格局及调控机制,对白令海和楚科奇海pCO2、海-气CO2通量做了对比,并对海洋酸化现状进行了整体评估。此外,基于20年的中国北极科考(CHINARE1999~2019)高精度pCO2走航数据,揭示了白令海夏季pCO2年代际变化规律及其主要调控因素。主要结论如下:2019年夏季白令海整体是CO2汇,海-气CO2通量约-8.3±1.4 mmol m-2 d-1,夏季净碳汇量达23.3 TgC。海表pCO2、海-气CO2通量存在显著的区域差异性,碳汇能力表现出白令海陆架和陆坡区显著高于海盆区。在高营养盐、低叶绿素(HNLC)的海盆区,CO2吸收潜力较弱;在生物活动旺盛的陆架陆坡区,靠近阿拉斯加的东侧海域受河流影响输入大量高pCO2的水,碳汇能力弱于西侧海域。生物过程、河水输入等非热力学因素是调控2019年白令海夏季pCO2、CO2源汇分布的主导因素。1999~2019年,白令海整个海域夏季海表pCO2增长速率是大气增长速率的1.5倍,其中海盆和陆坡区pCO2增速高于大气pCO2增速,碳汇能力在减弱;陆架区pCO2增速低于大气pCO2增速,碳汇能力在增强。热力学因素是影响白令海pCO2年代际变化的主导因子。在2008~2019年一个冷暖年周期下,冷年到暖年海表温度约提高了2℃,ΔpCO2呈现升高的态势。2019年夏季白令海海洋酸化呈现明显区域差异。海盆区100 m处Ω文石开始出现不饱和,深层2000 m由于有机质的再矿化,Ω文石达到0.4的极低值。而陆架陆坡区酸化不明显,仅在底层和受河流输入影响大的区域出现文石不饱和。白令海峡的西部陆架区酸化最为严重,整个水柱均出现文石不饱和。自然过程和人为活动共同影响着夏季白令海海洋酸化,基于海水-河水-其它淡水三端元混合模型,计算出河水输入能使上层20 m水体Ω文石下降约0.47,海-气CO2交换使Ω文石降低仅约0.04,而高生产力使夏季Ω文石升高0.81,足以抵消河水输入和海-气CO2交换降低的Ω文石,减缓了白令海夏季上层水体海洋酸化进程。白令海陆架区海洋酸化是人为源CO2积累的结果。2019年夏季楚科奇海是CO2强汇区,平均海-气CO2通量为-12.1±2 mmol m-2 d-1,夏季CO2吸收量约9.7 TgC。72°N以南陆架区净群落生产力平均值为11.4mmol m-2 d-1,CO2汇主要受高初级生产力控制,海表pCO2较低,CO2汇较强;72°N以北陆架净群落生产力平均值为4.5 mmol m-2 d-1,主要受物理混合影响,海表pCO2较高,CO2汇较弱。随冰缘线的北移,楚科奇海CO2汇能力有所增强。相比于楚科奇海,白令海ΔpCO2数值相对保持稳定,而楚科奇海ΔpCO2更负,加上融冰水稀释作用,CO2汇较强。
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