砗磲壳体反演基里巴斯珊瑚礁系统的环境变化

论文摘要

近年来,砗磲贝壳以其长寿命、高分辨率、环境信息记录完整、生长条纹清晰等优点,成为研究中低纬度珊瑚礁生态系统中环境变化的理想材料。本研究的砗磲贝壳采自基里巴斯西部的马拉凯环礁（2°00’N,173°16’E）,位于赤道太平洋中部、西太平洋暖池的东部边缘。该区域为典型的海洋性气候,受到ENSO（E1 Nino-Southern Oscillation,厄尔尼诺-南方涛动）的影响强烈,且人类活动的干扰有限,是研究中低纬度气候的理想实验场所。通过测定砗磲生长速率、壳体碳（δ13C）、氧同位素（δ18O）、锶钙比值（Sr/Ca）以及壳体有机氮同位素（skeleton-bound organic δ15N）,本研究较为系统地论述了砗磲壳体各指标在反演珊瑚礁系统环境信息的应用。主要发现如下:1)砗磲的生长速率与日照强度的替代指标Sr/Ca比值呈正相关,这表明砗磲的生长速率会受到光的抑制作用。2)砗磲壳体的δ18O的正偏现象与该地区低降水事件相关,在低降水时期,海水蒸发相对降雨较多,而蒸发的过程中会带走更多的16O,使水体中的18O含量相对增加,进而使生活在水体中的砗磲的壳体δ18O也升高。较大的δ18O正偏事件（δ18O变化大于0.5‰）可能和拉尼娜现象的发生有关,在拉尼娜时期,马拉凯环礁地区降水显著变小,干旱现象频繁;较小的正偏（δ180变化小于0.5‰）可能与旱季低降雨、高蒸发相关。3)砗磲壳体有机氮同位素与指针ENSO的SOI（southern oscillation index,南方涛动指数）变化趋势相同,说明了壳体有机氮同位素可以记录太平洋地区ENSO变化所引起的东、西太平洋水团的震荡事件。东太平洋水团中的硝酸盐δ15N较大,而西太平洋水团由于积累了固氮的信号,水体中的硝酸盐δ15N较小。当厄尔尼诺发生时,东太平洋水团向东回撤,西太平洋水团入侵,使壳体有机氮同位素向负偏。此外,本研究还对比了马拉凯环礁东、西边砗磲样品各个参数之间的差异,探讨在大的环境变化背景下,局部区域环境的差异,发现:4)环礁东边样品的Sr/Ca比值较小,表明东边水体中光照强度较大,高的光照会抑制砗磲的生长,在生长速率上表现为环礁东边砗磲的生长速率整体上低于西边。环礁西边样品的壳体氧同位素较东边的轻0.2‰,推测是由于两边水文环境差异造成δ18O所记录的信号不同所导致。环礁西边水体季节性层化,水体交换速率慢,使得西边砗磲W01、W04的壳体氧同位素更多反映的是降雨的信号,而东边则混合良好,底层海水的信号稀释了降雨的信号,所以东边砗磲E01的壳体氧同位素更多反映的是海水的信号,而降雨的氧同位素要比海水的轻。另外,马拉凯环礁西边砗磲壳体的碳同位素值整体上较东边轻0.6‰,推测是由于东、西边生物群落差异造成的:环礁西边以浮游藻类为主,而东边生物量较大以底栖动物为主,故而东边海水中DIC（溶解无机碳）的消耗量要大于西边水体,使得东边水体的碳同位素值较重。此外,环礁东边砗磲E01壳体有机氮同位素在3.9-11.0‰之间变化,平均值为8.6‰,西边砗磲W04壳体有机氮同位素在4.6-11.7‰之间变化,平均值为8.9‰,这两个样品的壳体有机氮同位素值没有显著差异,表明控制马拉凯环礁东、西边的水团没有差异,但是环礁东、西边砗磲壳体有机氮同位素的波动方式却有明显差异:东边砗磲壳体有机氮同位素波动较为平缓,主要是低频的信号,西边波动的较为频繁,在低频的信号中夹杂着高频的波动。这两个样品低频的波动是由东、西太平洋水团震荡引起的。对于西边样品壳体有机氮同位素高频的变化,我们推测其原因为:在马拉凯环礁西边,由于环礁的遮挡作用,季节性风浪方向的改变会引起水动力的变化,从而使水体混合程度发生改变,这导致了表层水体中硝酸盐的氮同位素值发生季节性变化,最终使砗磲壳体有机氮同位素发生季节性震荡。而环礁东边长期暴露于高的水动力条件下,水体混合良好,无季节性差异,故东边砗磲壳体有机氮同位素没有季节性高频的波动。本研究首次成功地建立起砗磲壳体有机氮同位素的测量方法,这对研究珊瑚礁氮循环过程具有重要的意义。同时,还首次实现了XRF岩芯扫描仪对砗磲壳体进行Sr/Ca 比值的测量,扩展了砗磲微量元素无损分析在环境反演方面的应用。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄志雄

导师: 高树基

关键词: 砗磲,古环境,壳体有机氮同位素,珊瑚礁氮循环

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 厦门大学

分类号: Q178

总页数: 89

文件大小: 6885K

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标签：砗磲论文;  古环境论文;  壳体有机氮同位素论文;  珊瑚礁氮循环论文;