论文部分内容阅读
工业化革命以来大气CO2含量快速增加，现在约为395ppm，远高于过去40万年以来冰期-间冰期的自然变化范围(约为200～280ppm)。人类活动排放的CO2约30～40％已被表层海洋吸收。理论上海洋吸收的CO2增加，会导致海水中溶解的CO2含量升高，进而使海水中H+含量增加，从而降低海水pH，造成海洋酸化。模型计算显示，工业革命以来大气CO2含量的增加导致表层海水的pH下降了0.1;并预测到2100年，海水pH将进一步下降0.2～0.3。 海水pH的实际变化又是怎么样的呢？现有的实测记录并不足以反映表层海水pH的长期变化特征及其内在影响因素，因此利用珊瑚硼同位素组成重建不同海域表层海水pH的变化记录，有助于更好地认识海洋酸化的机理。 海南岛地处南海北缘气候敏感和过渡带，受季风、厄尔尼诺-南方涛动(ElNi(n)o-Southern Oscillation，ENSO)、太平洋年代际波动(Pacific Decadal Oscillation，PDO)等区域气候系统的影响。本论文通过对三亚鹿回头珊瑚礁海水进行的周日时间序列观测，和对采自三亚湾和龙湾的现代珊瑚进行季节分辨率和年分辨率的同位素以及微量元素分析，探讨海水pH的变化特征及其可能的驱动因素。 对鹿回头珊瑚礁海水进行连续三天每间隔四小时采样一次的观测，发现其δ11B周日波动幅度为2‰。一般在下午出现最大值，而最小值则出现在午夜。且δ11B的波动一般与其pH的变化保持一致，它们的变动可能都是由珊瑚礁的生物活动引起的。尽管珊瑚礁海水的δ11B周日波动幅度较大，但是δ11B日平均值相差不大(38.34±0.66‰、38.63±0.60‰、38.73±0.68‰)。所以，从较长时间尺度（如季节平均、年平均等）来看，海水δ11B的变化应该是较小的，这与前人提出的海水δ11B较长时间内保持稳定相符。 对采自海南岛南部三亚湾的活体滨珊瑚SY10进行约为月分辨率的C、O、B同位素组成分析，并利用珊瑚δ11B重建了海水pH。SY10的δ13C变化范围为-3.32～-1.76‰，δ18O为-6.13～-4.78‰，δ11B为23.51～26.23‰，且这些珊瑚样品的C、O、B同位素组成均存在明显的季节性周期波动。其中pH值与δ18O之间存在明显的正相关关系，高的pH值更倾向于在低温的季节出现，这意味着短时间尺度该处珊瑚礁海水pH可能主要不是受海水CO2溶解度控制，而是与生物活动有密切的关系。SY10样品重建的海水pH变化范围为7.77～8.37，呈季节性周期波动，这种较大幅度的周期波动与我们对三亚珊瑚礁海水pH进行现场观测所得到的结果以及前人的研究成果相符。 对采自海南岛东部龙湾的活体滨珊瑚LW4进行年分辨率的C、O、B同位素组成和Sr/Ca分析，并利用珊瑚δ11B重建了150多年海水pH的变化记录。LW4的δ13C变化范围为-3.37～-1.12‰，δ18O为-5.74～-4.40‰，δ11B为20.82～26.00‰，Sr/Ca为9.011～9.506 mmol/mol。δ13C从1852～2010年有一个整体上略微变负的趋势，一定程度反映了Suess效应，但是重建的pH与δ13C没有明显的相关关系，说明珊瑚礁海水pH对大气CO2含量并没有线性的响应。重建的珊瑚礁海水pH呈现年代际的周期波动，有强的17.6、5.6和2～4年周期，受区域气候波动ENSO等的影响。通过低通滤波分析，在年代际尺度上，LW4的pH记录与SSTA有显著的负相关关系，与南海夏季风指数有显著的正相关关系，这说明琼海珊瑚礁海水pH的年代际变化主要是受夏季风驱动的海南岛东部上升流的活动影响。