2022年3月22日，国际著名地球科学期刊Journal of Geophysical Research: Biogeosciences以“Coccolithophore abundance, degree of calcification, and their contribution to particulate inorganic carbon in the South China Sea”为题发表了同济大学海洋地质国家重点实验室金晓波副研究员与合作者的最新研究成果。
生物碳泵是调节海水—大气二氧化碳交换的重要过程，主要包括有机碳泵（organic carbon or soft-tissue pump）与碳酸盐（反向）泵（carbonate-counter pump）。其中有机碳泵吸收二氧化碳，而碳酸盐泵则释放二氧化碳。颗石藻是海洋一种重要的钙化藻类，颗石藻的钙化作用是海水碳酸盐泵的重要组成部分。在高纬度海区、如南大洋，季节性的颗石藻勃发贡献了绝大部分的海水表层PIC储量，并能对海水碳酸盐系统起到调节作用（海水二氧化碳的“源/汇”效应）。然而在占全球海洋面积70%的贫营养海区（如南海），颗石藻对海水PIC产出的贡献仍然未知（图1）。
图1：（a）全球表层海水PIC浓度（MODIS-Aqua月综合数据）；（b）以0.1 mmol C/m3为界划分的高、低海水PIC浓度占全球的相对面积。低海水PIC海区占全球海洋面积的70%。
研究搭载国家自然基金委共享航次NORC2018-05，考察了2018年夏季南海北部及吕宋海峡周边海水颗石藻丰度、钙化作用强度、海水颗粒无机碳（PIC）浓度，并估算了颗石藻对海水PIC现存量的贡献（图2）。
图2：南海2018年夏季NORC2018-05航次颗石藻、海水PIC采样点。（a-c）分别展示了采样期间海水表层温度、叶绿素浓度、及遥感观测的海水表层PIC浓度。
研究结果显示，调查海域的叶绿素最大层（DCM）中，PIC浓度范围约为4500至15000 pg CaCO3/mL，均值为9147 pg CaCO3/mL（图3）。颗石藻Emiliania huxleyi、Gephyrocapsa oceanica方解石浓度均值约为1500 pg CaCO3/mL，总共贡献了约17.4%的海水悬浮PIC现存量（图3）。研究发现，海水颗石藻、及其颗石方解石浓度的水平分布受海水营养盐（N、P）的控制，而颗石藻的钙化程度基本不受海水碳酸盐系统的影响；进一步提出，海水的“硅限制”可能导致了硅藻与颗石藻的生态境替换，间接上也影响了海水颗石方解石的现存量。
图3：（a）NORC2018-05航次考察站位DCM层海水PIC浓度；（b-e）各颗石藻属种的颗石方解石海水浓度（柱状图）、及其对海水PIC现存量的贡献率（红三角）。
论文第一作者为金晓波副研究员，刘传联教授为共同通讯作者，合作者包括本单位徐娟工程师及厦门大学郭香会副教授。该研究受国家重点研发计划（2018YFE0202400）、国家自然科学基金委（42176060，41930536）等项目资助。同时研究也致谢国家自然科学基金委共享航次计划（41749905）、航次搭载科考船“嘉庚号”及首席科学家陈蔚芳高级工程师等船上科学家团队和工作人员。
全文链接：https://doi.org/10.1029/2021JG006657
撰稿：金晓波
编辑：高小丰