阿塔卡马海沟深渊和非深渊站位的沉积脂肪酸对比研究

深渊海沟作为海洋的最深处,是最不被人了解的地球生态环境之一。有机质的输入、含量和活性对于维持深渊生态系统和深渊生物地球化学循环至关重要。本文利用脂肪酸生物标志物方法,研究了来自阿塔卡马海沟的4个沉积物柱状样(长度为15—35 cm),比较了水深2560—7770 m的深渊(A5,A10)和非深渊(A1,A9)站位的脂肪酸含量、来源和保存状况。本研究共检测到50种脂肪酸化合物,包括来自陆源有机质的长链饱和脂肪酸,来自海源浮游植物的短链饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸,以及来自细菌的甲基支链脂肪酸。总脂肪酸的平均含量在非深渊站位A1最高[(13.4±2.9)μg/g dws],而深渊站位A5最低[(5.4±2.2)μg/g dws],这可能与各站位的初级生产力和水深有关。在所有站位中,海源脂肪酸均处于主导地位(61.6%±9.2%),其比例显著高于陆源脂肪酸(33.6%±10.7%)和细菌脂肪酸(4.9%±2.3%),表明在阿塔卡马海沟沉积物中脂肪酸主要是海源有机质的贡献。在每个站位,随着沉积物深度的增大,陆源脂肪酸的比例均明显增加,而海源脂肪酸的比例则减少,该结果与脂肪酸指数FA-Index的结果一致,表明短链脂肪酸和不饱和脂肪酸相比于长链饱和脂肪酸更易被降解。最后,非深渊站位的脂肪酸含量随着深度的增加表现出明显的降低,展现出稳定沉积环境中典型的有机质成岩作用,而深渊站位的脂肪酸含量尽管出现波动,但随深度无明显的下降趋势,这可能归结于地震、浊流作用下形成的不稳定沉积环境,有助于有机质从非深渊区向深渊区的快速输入和埋藏。

阿塔卡马海沟表层水颗粒有机碳与微生物群落呼吸作用的时空变化研究

海沟是全球大洋体系的重要组成部分。研究这一极端环境的生物地球化学循环过程有助于我们进一步理解海洋的物质循环。前期研究发现,海沟表层水体的初级生产力(NPP)对海沟沉积物埋藏的有机碳性质具有重要影响,但是,颗粒有机碳(POC)在沉降过程中被微生物呼吸和降解的过程尚不清楚。因此,本研究利用2018年春“太阳号”阿塔卡马海沟(Atacama Trench)国际联合航次SO261所采集的表层水样品,测试其中POC浓度、C/N、δ^(13)C、δ^(15)N等参数,并结合0.2—0.8、0.8—3.0、>3.0μm三种粒径微生物群落呼吸(microbial community respiration,MCR)速率测试,探究其日变化模式及不同站位的空间变化模式,进而衡量微生物对POC的呼吸降解作用。结果表明,该海域表层水中对POC降解占主导作用的微生物类群粒径为0.8—3.0μm;24 h时间序列实验表明MCR随时间呈现“M”型曲线的双峰变化模式,且和C/N、δ^(13)C、δ^(15)N等参数变化趋势吻合,表明同一站位的呼吸速率主要与光强有关,并对代谢有机碳的元素性质产生影响;在空间上,海沟站位表层的MCR显著大于非海沟站位,并受初级生产力的影响。最后,本文计算得到表层水微生物对NPP的呼吸降解比例在0.5%—4.6%之间。

东太平洋阿塔卡马海沟沉积物矿物学和地球化学特征及其物源指示

深渊海沟是全球海洋中最深的区域,在全球物质循环体系中占有重要的地位。为进一步了解深渊海沟沉积物的组成与来源,分析了东太平洋阿塔卡马海沟沉积物的全岩主量、微量元素和稀土元素、矿物组成、黏土矿物组成与碎屑组分Sr-Nd同位素组成等矿物学和地球化学特征,进而揭示海沟沉积物的物源。研究发现,阿塔卡马海沟沉积物主要来源于其紧邻的阿塔卡马沙漠地区,以北部火山物质为主,并且可能记录了安第斯山脉中北部火山链发生过地壳同化的特征,同时陆源碎屑物质对其也有一定贡献。不仅如此,海沟轴部站位沉积物从北至南还明显反映了物源区降雨量逐渐减小的这一气候特征。因此,深渊海沟尽管水深巨大、远离陆地,海沟轴部仍可能是陆地母岩风化产物的最终归宿,并记录了临近陆地气候信息。