海洋化学变化揭示了海平面对全球碳循环的影响

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2021年3月25日，《科学》（Science）刊登了一项由美国加州大学圣克鲁兹分校（University of California Santa Cruz）、俄亥俄州立大学（Ohio State University）和德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心（GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel）等机构研究人员联合完成的新研究，通过分析海洋沉积物中的锶同位素，重建了过去3500万年来与气候变化有关的海洋化学变化。研究结果为全球碳循环的内部机制提供了新认识，尤其是通过碳酸盐沉积从环境中清除碳的过程。

锶与钙非常相似，因此存在于海洋生物的碳酸钙外壳中。研究人员分析了锶的不同同位素比率，包括放射性同位素（通过放射性衰变产生的同位素）和稳定同位素，这些同位素提供了有关地球化学过程的补充信息。研究发现，在过去的3500万年中，海洋中锶的稳定同位素比值已经发生了很大变化，直到今天仍在变化之中，这意味着海水中锶含量出现了重大变化。这一波动反映了地质过程中全球收支变化产生的综合影响，包括陆地岩石风化、热液活动以及深海和浅海、近岸海洋环境中碳酸盐沉积物的形成。研究人员表示，锶并非处于稳定状态，海水中锶的成分随着碳酸盐的沉积方式和沉积位置而变化，而碳酸盐的沉积方式和沉积位置则受海平面和气候变化的影响。

海洋中的碳酸盐沉积物来自海洋浮游生物，例如球石藻和有孔虫，球石藻和有孔虫的外壳由碳酸钙矿物，即方解石构成。在大陆架上的浅水海域中，硬珊瑚的数量更多，其外壳由另一种碳酸钙矿物，即文石构成，文石中锶的含量比方解石更高。珊瑚一旦形成，便会清除锶，而当其暴露在外时，锶则会被冲刷并再次进入海洋。随着海平面的变化，珊瑚所在的大陆架或多或少会暴露在外，这进一步影响了海水中锶的组成。碳酸盐沉积物也再次进入气候系统，因为海洋从大气中吸收了CO2，而地质年代的的碳酸盐沉积物则能够清除气候系统中的碳。无论从长期，还是从更近的冰河时期的反复起伏循环来看，全球碳循环和大气中的CO2与气候变化紧密耦合。

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研究人员表示，利用从锶的稳定同位素中读取到的新信息，可以进一步研究全球碳循环的终端，即从环境中清除碳并进入海洋碳酸盐地层。这些认识对于应对当前的气候紧急情况并减轻海洋酸化的严重影响具有指导意义。基于对深海沉积物岩芯中提取的海洋重晶石分析结果，研究人员能够重建海水中锶同位素变化的详尽且可靠的记录。类似的记录对于认识地球在地质时期的运作方式而言至关重要。利用这份记录，研究人员能够在过去气候状况截然不同的背景下重建气候变化，从而深入认识地球未来的运转方式。

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转载本文请注明来源及作者：中国科学院兰州文献情报中心《资源环境动态监测快报》2021年第7期，薛明媚 编译。

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