中国海洋大学在全球大洋镭同位素示踪方面取得新进展
天然镭同位素是研究海洋动力过程及物质源汇收支的良好示踪工具，自上世纪五十年代至今一直受到海洋学家的广泛关注。近日，中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室于志刚教授课题组在全球大洋镭同位素示踪方面获得了新突破，相关研究成果分别发表在 Earth-Science Review 和 Geophysical Research Letters 上。
课题组通过总结半个世纪以来的GEOSECS、TTO、GEOTRACES等国际科学计划的观测数据和研究成果，发现226Ra能够清晰地指示大洋深层环流的扩展路径（如图1），对大洋翻转流的示踪具有极大的研究价值和潜力。基于226Ra在各大洋的剖面分布，研究发现南极底层水（AABW）主要从西边界进入大西洋、印度洋和太平洋。北大西洋深层水（NADW）主要从南大西洋中西部汇入南极绕极流（ACC），其向东直接进入印度洋的分支相对较弱。受东太平洋隆起等地形因素的影响，太平洋深层水（NPDW）主要从南太平洋中部的中层（2000m-3000m）和中东部（东太平洋隆起以西）的中底层返回ACC。由于226Ra主要源于海底沉积物，这种“自下而上”的示踪剂所获得的研究结果可与14C等由大气“自上而下”扩散进入海洋的示踪剂的研究结果形成互补。
图1 世界大洋表层（a）、底层（b）水体中226Ra的分布（白色圆点为采样站点，数据源自GEOSECS、TTO、GEOTRACES等国际科学计划）
在另一项应用镭同位素的示踪研究中，课题组纠正了目前国际上利用镭同位素开展的示踪研究中，通常将颗粒物清除作用（Particle Scavenging，镭汇项）予以忽略的问题。本研究通过建立全球上层海洋（500m）的226Ra质量平衡模型，发现与“生物泵”相关的颗粒物清除作用是全球表层海洋中最大的226Ra汇，约占所有226Ra输入源的96%。海底地下水排放（SGD）是上层海洋最大的226Ra外部来源，其次是河流输入和陆架沉积物释放（图2）。在水体停留时间较长、颗粒埋藏效率较高的典型近岸海域，颗粒清除对海域中226Ra的收支影响可能更为重要，但这一镭汇项通常被忽略，这可能导致SGD的量化结果被严重低估。本研究提出，为了防止对近海SGD通量的低估，在利用镭质量平衡模型进行SGD量化研究时应充分考虑颗粒物清除作用的影响。
图2 全球上层海洋（500m）的226Ra质量平衡模型。图中数字表示镭源汇项的通量，单位为1016 dpm/yr。
中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室许博超教授为第一作者，于志刚教授为通迅作者。论文由中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室、海底科学与探测技术重点实验室、物理海洋重点实验室、深海圈层与地球系统前沿科学中心以及青岛海洋科学与技术试点国家实验室、美国德克萨斯大学奥斯汀分校、瑞典哥德堡大学、美国佛罗里达州立大学、美国伍兹霍尔海洋研究所、西班牙巴塞罗那自治大学、同济大学等单位的相关学者合作完成。研究工作得到国家自然科学基金委和中央高校基本科研专项资金等项目的资助。
[1] Bochao Xu, Sanzhong Li, William C. Burnett, Shibin Zhao, Isaac R. Santos, Ergang Lian, Xianyao Chen, Zhigang Yu*. Radium-226 in the global ocean as a tracer of thermohaline circulation: Synthesizing half a century of observations. Earth-Science Reviews, 2022, 226, 103956.[2] Bochao Xu, M. Bayani Cardenas, Isaac R. Santos, William C. Burnett, Matthew A. Charette, Valentí Rodellas, Sanzhong Li, Ergang Lian, and Zhigang Yu*.Closing the global marine 226Ra budget reveals the biological pump as a dominant removal flux in the upper ocean. Geophysical Research Letters, 2022, DOI: 10.1029/2022GL098087.
1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001282522200040X?via%3Dihub2. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022GL098087
本文来源：中国海洋大学
