南極普里茲灣海-氣CO2通量與海洋酸化研究.pdf

1、海洋吸收人為CO2引起pH和碳酸鈣礦物飽和度下降，這一過(guò)程稱(chēng)為海洋酸化。文石飽和度（Ωarag）作為衡量海洋酸化狀況的指標(biāo)之一，在評(píng)估海洋鈣質(zhì)生物的生存環(huán)境中發(fā)揮著重要作用。在全球變化背景下，極區(qū)海洋碳酸鹽體系受到了很大的影響。普里茲灣作為南大洋海洋酸化研究的典型海域，其海冰過(guò)程、生物過(guò)程和水文過(guò)程等耦合作用使得研究該海域吸收大氣CO2的能力及對(duì)海洋酸化的影響變得更為復(fù)雜，更有研究意義。因此，本文基于2015年2月在南極普里茲灣海域進(jìn)行

2、的中國(guó)第31次南極科學(xué)考察，在考察期間，開(kāi)展站位采樣和pCO2走航觀測(cè)，利用實(shí)測(cè)的總堿度（TA）、溶解無(wú)機(jī)碳（DIC）以及溫鹽深數(shù)據(jù)計(jì)算了Ωarag，并以此來(lái)評(píng)估海洋酸化的現(xiàn)狀以及對(duì)海洋鈣質(zhì)生物的影響。
　　在普里茲灣及其鄰近海域，表層海水 pCO2平均值為265±68μatm，大氣pCO2平均值為382±3μatm，海水中CO2處于顯著的不飽和狀態(tài)，海-氣CO2通量平均值為-58±34 mmol C m-2 d-1，整體上表現(xiàn)為

3、大氣CO2的強(qiáng)匯區(qū)。由于灣內(nèi)外地形等環(huán)境因素的不同呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異性，在灣內(nèi)陸架海域 pCO2較低，平均值為212±42μatm，觀測(cè)到極小值~140μatm；而灣外顯著高于灣內(nèi)，平均值為324±38μatm，最大值達(dá)到了380μatm。在灣外，受鐵元素和光照條件的限制，浮游植物的生產(chǎn)力低下，富含CO2的繞極深層水上涌提升了表層海水pCO2，成為灣外海域pCO2分布和海-氣CO2通量變化的主要控制因素；在灣內(nèi)，生物活動(dòng)旺盛，光合作用

4、消耗了大量的 CO2，從而很大程度上降低了表層海水pCO2，因此，上層水體的生物活動(dòng)成為灣內(nèi)pCO2分布和海-氣CO2通量的主控因素。
　　隨著普里茲灣及其鄰近海域的環(huán)流和水團(tuán)性質(zhì)變化，海-氣CO2的交換對(duì)該海域碳酸鹽體系的空間分布有著重要影響。整體上，普里茲灣海域的碳酸鹽體系各參數(shù)分布與水團(tuán)分布密切相關(guān)。表層海水受融冰水稀釋作用明顯，因此表層海水溫鹽和TA在四女士淺灘附近出現(xiàn)極小值；而DIC除了受到融冰水的作用，更主要是由浮游植

5、物的光合作用控制，表現(xiàn)為灣內(nèi)<灣外；由溫鹽、TA和DIC共同決定的Ωarag和pH在表層分布上則表現(xiàn)出相反的分布趨勢(shì)：灣內(nèi)Ωarag和pH平均值分別為1.40±0.28和8.06±0.09，高于灣外的Ωarag（1.12±0.23）和pH（7.96±0.08）平均值。在表層海水以下，以南極陸坡鋒（ASF）為界線(xiàn)，在ASF以南海域由高溫低鹽的表層水和低溫高鹽的陸架水組成，生物活動(dòng)旺盛，因此，TA和DIC保持較低的濃度，而Ωarag表現(xiàn)出高

6、值且垂向差異變化不大；在ASF以北海域主要是由高溫高鹽的繞極深層水和南極底層水組成，繞極深層水?dāng)y帶了高濃度DIC向上涌升，觀測(cè)到較高濃度的DIC，因而Ωarag表現(xiàn)出極小值（0.93±0.16）。
　　海冰融化、生物過(guò)程、水團(tuán)混合和海-氣CO2交換均影響著普里茲灣海域的Ωarag分布。上層水體中融冰水比例最高達(dá)到了8%，稀釋作用明顯，與海-氣CO2的交換協(xié)同作用可以使上層水體Ωarag降低了~0.32。然而，夏季浮游植物的光合作用