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海洋古pH重建的技术方法

石鑫 宋金明 李学刚 李宁

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海洋古pH重建的技术方法

    作者简介: 石鑫(1994-), 女, 山东青岛人, 硕士, 主要研究方向为海洋生物地球化学, E-mail:shixin16@mails.ucas.ac.cn;
    通讯作者: 宋金明(1964-), 男, 河北枣强人, 研究员, 博士生导师, 主要从事海洋生物地球化学和应用海洋化学研究, E-mail:jmsong@qdio.ac.cn
  • 基金项目: 青岛海洋科学与技术国家实验室鳌山科技创新计划项目(2016ASKJ14);国家重点研发计划(2017YFA0603204);中国科学院战略性先导科技专项(XDA11030202)
  • 中图分类号: X142

Methods for reconstruction of oceanic paleo-pH

  • 摘要: 重建海洋古pH对于海洋酸化进程研究具有重要意义。本文对海洋古pH反演的硅藻组合、硼同位素组成及B/Ca、brGDGTs及3-羟基脂肪酸等技术方法进行了归纳和总结。硅藻组合法系根据沉积物中保存的硅藻的种类和丰度重建水体的古pH,在湖泊研究中有较多成功的应用;硼同位素组成及B/Ca法基于海洋钙质生物中δ11B或B/Ca的变化重建海水pH,brGDGTs法是基于沉积物中brGDGTs的环化指数或异构化程度重建过去海水pH,3-羟基脂肪酸法是基于沉积物中3-羟基脂肪酸的支链比反演海洋古pH。这些海洋古pH的反演技术方法各有特点,就目前而言,仅硼同位素组成及B/Ca法是追溯海洋古pH变化较为成熟的方法。研发海洋古pH反演新技术方法至关重要,完善现有方法构建更加准确精密的海洋古pH重建指标体系任重而道远。
  • 图 1  珊瑚(无填充)及有孔虫(有填充)δ11B与pH关系

    Figure 1.  δ11B of Corals(hollow) and Foraminifera(solid) plotted against ambient seawater pH

    图 2  有孔虫A.lobifera及多种珊瑚ΔpH与pH关系

    Figure 2.  Foraminifer A.lobifera and Corals ΔpH vs.seawater pH

    图 3  brGDGTs结构

    Figure 3.  Structures of brGDGTs

    表 1  与pH相关的brGDGTs指标

    Table 1.  brGDGTs index related to pH

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    表 2  pH重建方法对比

    Table 2.  Comparison of the methods for pH reconstruction

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-02-11
  • 录用日期:  2018-05-21
  • 刊出日期:  2019-12-20

海洋古pH重建的技术方法

    作者简介:石鑫(1994-), 女, 山东青岛人, 硕士, 主要研究方向为海洋生物地球化学, E-mail:shixin16@mails.ucas.ac.cn
    通讯作者: 宋金明(1964-), 男, 河北枣强人, 研究员, 博士生导师, 主要从事海洋生物地球化学和应用海洋化学研究, E-mail:jmsong@qdio.ac.cn
  • 1. 中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室, 山东 青岛 266071
  • 2. 中国科学院大学, 北京 100049
  • 3. 青岛海洋国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室, 山东 青岛 266237
基金项目: 青岛海洋科学与技术国家实验室鳌山科技创新计划项目(2016ASKJ14);国家重点研发计划(2017YFA0603204);中国科学院战略性先导科技专项(XDA11030202)

摘要: 重建海洋古pH对于海洋酸化进程研究具有重要意义。本文对海洋古pH反演的硅藻组合、硼同位素组成及B/Ca、brGDGTs及3-羟基脂肪酸等技术方法进行了归纳和总结。硅藻组合法系根据沉积物中保存的硅藻的种类和丰度重建水体的古pH,在湖泊研究中有较多成功的应用;硼同位素组成及B/Ca法基于海洋钙质生物中δ11B或B/Ca的变化重建海水pH,brGDGTs法是基于沉积物中brGDGTs的环化指数或异构化程度重建过去海水pH,3-羟基脂肪酸法是基于沉积物中3-羟基脂肪酸的支链比反演海洋古pH。这些海洋古pH的反演技术方法各有特点,就目前而言,仅硼同位素组成及B/Ca法是追溯海洋古pH变化较为成熟的方法。研发海洋古pH反演新技术方法至关重要,完善现有方法构建更加准确精密的海洋古pH重建指标体系任重而道远。

English Abstract

  • 在大气CO2浓度持续增加的背景下,全球海洋酸化形势十分严峻。目前人类活动每年向大气释放2.0×109 t CO2,其中约35%被海洋吸收[1]。据政府间气候变化专门委员会(IPCC)预测,到本世纪末,大气CO2浓度将高于800 ppm (指CO2在干燥空气中的摩尔分数,1 ppm=10-6),这将导致海水pH下降至7.8,氢离子浓度增加150%。

    酸化对海洋生态系统的影响是灾难性的。酸度增加,海水中CO32-含量减少,CaCO3饱和度降低,使得生物钙化作用减弱,这对生物及生态系统多样性十分不利。直接受其影响的就是钙质生物,如有孔虫和珊瑚。Moy发现南大洋沉积物中当前有孔虫外壳比工业革命前轻30%~35%[2]。珊瑚对海水的酸度变化也极其敏感,酸化降低了珊瑚构建自身骨骼的能力,这将导致依赖珊瑚生存的生物减少甚至整个珊瑚礁生态系统走向消亡。对整个海洋生态系统而言,海洋酸化会弱化生物碳泵,扩大缺氧层。由于矿物载体(mineral ballast),特别是CaCO3,在向水体下层传输有机质过程中发挥重要作用,而海水酸化使得矿物载体CaCO3的通量减少,进而导致更少的颗粒有机碳(POC)传输到深海;POC在较浅的深度被氧化分解,导致缺氧层向浅层扩张,影响生物生存[3]

    通过pH的历史变化探索海水pH自然变化规律是预测其发展趋势及其对生态系统影响的有效途径,即应用“将今论古”和“将古论今”方法论。沉积物是承载过去环境演变信息的重要载体[4],可用于反演长时间尺度海水pH变化,而从沉积物复杂的信息中提取能有效反映pH变化的指标是重建海洋古pH的关键。目前众多学者构建了多种重建古pH的方法,如硅藻组合、硼同位素组成及B/Ca、支链GDGTs、3-羟基脂肪酸等。本文主要归纳总结了这几种可用于反演海洋古pH的技术方法,并对其优缺点进行了分析比较。

    • 硅藻的物种组成及丰度与环境因子(如pH、盐度或电导率、水平面、水温等)密切相关,其硅质残留体能在沉积物中保存完好,因此可根据硅质外壳的形态特征准确地鉴定硅藻的种类,进而得到硅藻物种组成的相对比例,据此可构建水体古环境特征。

      采用硅藻组合反演古pH的研究较早,但只在湖泊环境中有应用。常用的计算方法有两种[5]:加权平均法(weighed averaging)和最大可能性法(maximum likelihood)。

      加权平均法,即已知某种硅藻的最适pH为uk,计算该种硅藻的相对丰度作为权重因子,则估计的i区域水体的pH xi为每种硅藻最适pH的加权平均值。

      其中:m指所用硅藻种数;yiki调查区域第k种硅藻的丰度。为消除个体差异对结果的影响,计算每种硅藻的相对丰度时,应采用个数而不是重量。

      最大可能性法的基本原理是:每种硅藻的丰度与pH的关系可由生态学响应曲线描述,不同丰度比例的硅藻组合与pH形成对应的关系曲线,该曲线存在系统及随机误差,对于已知比例的硅藻组合,误差最小对应的pH即为该方法估计的pH。

      两种计算方法各有优势:最大可能性法构建了每种硅藻丰度随pH变化的生态学曲线,利用的数据较多,由该计算方法得到的结果更准确可靠;加权平均法只利用了每种硅藻的最适pH,计算过程相对简单。Ginn对比了加权平均法与最大可能性法的计算结果,二者基本一致(r=0.9,p < 0.01) [6]。出于对这两种方法的优势考虑,不同作者采用的方法不同。

      Ginn对加拿大的Kejimkujik湖使用硅藻组合并采用最大可能性法进行分析,追溯1840—2002年表层水酸化情况。发现该湖泊自1840年起其水体呈酸化趋势,且硅藻整体的丰度随pH降低而降低,反映了工业化对湖泊生态系统的影响[7]

      Sienkiewicz和Gasiorowski通过硅藻组成重建由采矿产生的人工湖的水体pH演化历程,并采用加权平均法分析,反演该湖泊1964—2013年pH的变化。结果显示:近50 a间,该湖泊pH变化范围为4.6~7.7,总体上由酸性向碱性变化。由于采矿区黄铁矿及其他硫化物的氧化,使得湖泊初始时期的水质偏酸性,之后逐渐被周围自然环境中和,因此呈现出由酸性变弱碱性的变化趋势[8]

      除硅藻外,其他有硅质外壳的藻类也可以用于重建古pH,如金藻在较低pH时相对硅藻对pH变化更敏感。Charles和Smol使用金藻及硅藻组合并采用加权平均法分析,推测Big Moose湖和Upper Wallface湖1810—1985年水体pH。与单独使用硅藻重建的结果相比,金藻及硅藻组合重建的水体pH变化范围更大;Big Moose湖的pH变化范围为6.3~5.1,Upper Wallface湖的pH变化范围为4.9~5.7;二者水体pH均从1900年左右开始逐渐下降[9]

      目前,硅藻组合在重建海洋古温度、古盐度等方面均有应用,将其应用于海洋古pH反演需进一步研究支持。

    • 硼同位素组成是在重建海洋古pH领域得到广泛认可的方法,目前已有完善的理论支持及广泛的实际应用。

      海水中的溶解性硼基本以单核形式存在,包括B(OH)3和B(OH)4-两种形态,它们在海水中存在下述平衡:

      当硼酸的表观解离常数KB(P, T, S)*为定值(KB*为自然界硼同位素丰度下硼酸的解离常数,忽略不同硼同位素组成对KB*的影响),二者的相对比例随海水pH变化而改变:

      B(OH)3与B(OH)4-之间存在同位素交换反应:

      其中:α4-3代表B(OH)4-对B(OH)3硼同位素的分馏系数;RB(OH)4-代表海水中B(OH)4-11B与10B的丰度比值;RB(OH)3代表海水中B(OH)311B与10B的丰度比值。

      设B(OH)4-占海水中总硼的比例为f,B(OH)3为1-f,则:

      其中:Rsw代表海水的11B与10B的丰度比值。综合公式(3)(5)(6)可得:

      采用下式实现δ(‰)与R的转换:

      (8) 式可转换为:

      其中:RS 代表样品的11B与10B的丰度比值;RSTD 为国际标准NIST SRM 951硼酸11B与10B的丰度比值;δ11BB(OH)4-为海水中B(OH)4-δ11B;δ11Bsw为海水的δ11B。

      硼在海洋中的保留时间约为10 Ma。忽略瑞利分馏对海水硼同位素组成造成的影响,可认为在该时间尺度内δ11Bsw保持不变。

      B(OH)4-离子半径与CO32-近似且同样带负电荷,可以替代碳酸盐晶格中的CO32-,故碳酸盐沉淀时会发生硼的共沉淀。认为该过程中硼只以B(OH)4-形式进入碳酸盐晶格,且无同位素分馏,则碳酸盐的硼同位素组成与溶液中B(OH)4-的硼同位素组成一致,即δ11BCaCO3=δ11BB(OH)4-。因此,可用δ11BCaCO3代替式(9)中的δ11BB(OH)4-,由δ11BCaCO3计算海水pH,δ11BCaCO3与海水pH正相关[10]

      关于δ11Bsw, α4-3,pKB*的取值不同文献有所差别[10-16]。较早的文献δ11Bsw均采用39.5‰,2010年之后的文献多采用Foster提供的数值(39.61±0.4)‰;α4-3常用的数值有0.981、0.97352,较新的文献倾向于采用0.97352;pKB*常直接取值8.60,或依据Dickson及Millero的方法进行温盐校正[10]

      硼同位素组成与pH的关系不仅在理论上成立,也有大量实验证实[13, 15]。有孔虫在不同pH海水环境的培养实验表明:有孔虫的硼同位素组成受其周围环境的pH控制,有孔虫δ11B值随pH升高而增大,这与理论推测的结果一致。但有孔虫的硼同位素组成较海水中B(OH)4-及无机碳酸钙的硼同位素组成有正偏差,偏差大小与有孔虫种类、生长环境有关(称为生物效应“vital effect”)。

      另一常见钙质生物——珊瑚,其硼同位素组成与海水pH同样具有强相关性,因此其硼同位素组成也可用于反演海水pH。

      图 1综合了调查文献中珊瑚及有孔虫的δ11B与环境海水pH的数据[11-15, 17-18],证实珊瑚及有孔虫δ11B与pH满足式(9)所述关系。其中,有孔虫的δ11B与周围海水pH符合α4-3=0.97352的δ11BB(OH)4-随海水pH的变化曲线,而珊瑚的δ11B与海水pH的关系更接近α4-3= 0.981的曲线。该结果反映了两种α4-3取值的合理性以及生物种类与α4-3取值的对应关系。

      图  1  珊瑚(无填充)及有孔虫(有填充)δ11B与pH关系

      Figure 1.  δ11B of Corals(hollow) and Foraminifera(solid) plotted against ambient seawater pH

      目前,利用有孔虫或珊瑚的δ11B反演古海水pH已有大量应用。如:Yu等利用沉积物柱状样中深海有孔虫的δ11B及B/Ca重建加勒比海过去16万年深水pH及碳酸盐含量,发现冰期pH比间冰期高约0.15,CO32-含量高55 μmol/kg,加勒比海的深水碳酸盐在冰期保存效率较高[14];柯婷等测定南海珊瑚礁的δ11B变化范围为23.51‰~26.23‰,并由此推出南海2006—2009年海水pH变化范围为7.77~8.37,与仪器观测记录一致[16]

      Rollionbard和Erez提出另一指标Δ11B重建古环境pH。作者采用离子微探针技术分析有孔虫外壳核心到边缘的硼同位素组成,Δ11B表示同一有孔虫δ11B最大值与最小值的差值(近似于钙化点与培养海水的δ11B差值),其研究发现:Δ11B与培养海水的pH线性相关。与常规的δ11B反演海水pH的方法相比,Δ11B不受分馏系数、海水硼同位素组成变化及硼酸解离常数的影响[17]。由于分析技术应用的限制,该方法未广泛应用。尽管Δ11B与δ11Bsw, α4-3, pKB*无相关性,但钙化点δ11B与生物种类有关,该方法同样受“生物效应”影响。

      “生物效应”是影响硼同位素组成反演海水古pH精确程度的重要因素。对于有孔虫或珊瑚的同一物种,由δ11B计算所得pH较实际海水pH的偏差ΔpH (ΔpH =pHbiol - pHsw)与实际海水pH密切相关[18]

      图 2综合了Rollionbard及Trotter等研究中ΔpH与pH的关系[17-18]:对于不同物种,ΔpH与pH的关系有所差异;对于同一物种,ΔpH与海水pH呈负相关关系,海水pH越低,由δ11B反演所得pH与实际海水pH差距越显著。因此,利用钙质生物δ11B反演海水pH时,可以利用该关系校正由于海水pH差异导致的“生物效应”。

      图  2  有孔虫A.lobifera及多种珊瑚ΔpH与pH关系

      Figure 2.  Foraminifer A.lobifera and Corals ΔpH vs.seawater pH

    • 海水pH影响硼的存在形态。海水pH升高,B(OH)3向B(OH)4-转变,则海水中B(OH)4-浓度增加,沉积碳酸钙的B/Ca可反映B(OH)4-含量的变动。

      硼是保守元素,它在海洋中的保留时间至少为一千万年,在该时间尺度内,可认为海洋中总硼即B(OH)3与B(OH)4-之和不变。

      根据公式(3),视总硼含量及pKB*为定值,则海水中B(OH)4-含量随海水pH升高而升高。

      海水中的B(OH)4-会与碳酸钙共沉淀,B(OH)4-在碳酸钙相和海水相的平衡满足下述关系[19]

      其中:DB为分配系数,海水中钙离子的含量可视为定值,则碳酸钙中的硼含量与海水中B(OH)4-浓度成正比。

      将公式(10)代入公式(3)式并将海水中总硼含量与B(OH)4-含量之差替代B(OH)3含量,得到式(11):

      其中:[B]指海水中总硼的含量;[Ca]sw指海水中Ca2+含量。

      在以上假设条件下,碳酸钙的B/Ca与海水pH理论上存在公式(11)所描述的正相关关系。

      研究证实B/Ca与海水pH显著正相关,且B/Ca与δ11B线性正相关[11]。Yu依据B/Ca恢复的海洋古pH与δ11B的结果吻合[14]。因此,B/Ca也可作为追溯海洋古pH的指示因子。郭景腾利用有孔虫的B/Ca重建15万年来热带西太平洋表层pH,计算得海水pH变化范围为8.0~8.3,表现出明显的冰期-间冰期特征[19]

      目前有关硼钙比值重建海洋古pH的研究相对于硼同位素组成较少,就B/Ca及δ11B的定量分析而言,B/Ca所需实验条件相对简单,因此在未来海洋古pH研究中具有广泛的应用前景。

    • GDGTs(glycerol dialkyl glycerol tetraethers)全称甘油二烷基甘油四醚类化合物,是一类微生物标志化合物,是古菌和某些细菌细胞膜脂的主要组成部分,广泛分布在泥炭、土壤、热泉、湖泊及海洋沉积物中。目前,根据其结构形式、环境丰度和时空分布与环境参数的响应关系,已构建了包括表层海水温度指标TEX86,陆源输入指标BIT和平均大气温度指标MBT/CBT在内的一系列指标[20],是研究古环境和生物地球化学过程强有力的工具。GDGTs主要分为两类:类异戊二烯GDGTs (isoprenoid GDGTs简称iGDGTs)与支链GDGTs(branched GDGTs简称brGDGTs)。

      与环境pH相关的GDGTs化合物主要是来源于细菌细胞膜的brGDGTs。为维持正常的生命活动,细胞膜通过改变自身结构以应对外界环境的变化。brGDGTs是细菌细胞膜的重要组成部分,brGDGTs的结构差异是由烷烃链甲基及五碳环的数量不同导致的。因此,brGDGTs的甲基及五碳环的相对比例与温度、压力、pH等环境因素密切相关[21]

      Weijers等对来自全球90个地区的134份土壤样品中brGDGTs进行分析[22],发现brGDGTs的五元环数量与土壤pH呈负相关,并引入brGDGTs环化指数(CBT,即cyclisation ratio of Branched Tetraethers)表述其关系(式中罗马数字对应的结构见图 3):

      图  3  brGDGTs结构

      Figure 3.  Structures of brGDGTs

      Tyler等应用CBT指标重建Lochnagar湖1600—2000年湖水的pH:1870年之前,水体pH稳定在5.7左右;1870年之后,水体pH急剧下降,到2000年,湖水pH下降至4.9。该结果与硅藻重建结果基本一致[23]

      CBT指数与pH并不完全满足式(13)的负相关关系。Zhang等调查了挪威西北部一层化湖泊水体中GDGTs及pH的垂直分布证实其在古pH重建中的适用性,调查结果发现:在氧跃层(oxycline),CBT指数与pH的关系近似于式(13);而在溶解氧较丰富的上层水体中,CBT指数与pH呈正相关的线性关系(CBT=0.52 × pH-2.53,R2= 0.90)[24]。Yang等的研究表明:来自中、酸性土壤的brGDGTs其CBT指数与土壤pH呈负相关关系,碱性土壤则表现为正相关关系[25]

      pH对brGDGTs异构化程度也有影响。基于此,Yang提出了另一参数IRⅢa',用于重建土壤pH[26]。对IRⅢa'的定义如下:

      式(15)描述了brGDGTs的异构化程度与土壤pH之间的正相关关系,即土壤pH越高,6-甲基brGDGTs的相对丰度越高。Lu等分析了位于黄土高原南部的蓝田黄土-古土壤序列的IRⅢa′参数,重建12万年来该区域土壤的pH。其pH变化范围为7.4~8.6,pH变化趋势与古温度的变化趋势一致,推测是二者的变化由季风强度波动引起[27]

      近年来,随着对brGDGTs研究的深入,对于来自不同环境的样品,不同学者提出的brGDGTs指标及其与pH的定量关系有所差异(表 1)。

      表 1  与pH相关的brGDGTs指标

      Table 1.  brGDGTs index related to pH

      不可否认,brGDGTs环化及异构化指标与pH存在紧密关系,但具体关系须视环境而定。因此,将brGDGTs应用于海洋古pH重建需建立起适用于海洋环境的pH校正公式。

    • 与brGDGTs类似,3-羟基脂肪酸也是来源于细胞膜脂的一类生物标志化合物。3-羟基脂肪酸是细菌细胞膜类脂A(lipid A)的重要组成部分,环境pH变化也会对其产生影响。

      Wang等对神农架26个土壤样品的3-羟基脂肪酸进行分析,发现3-羟基脂肪酸的支链比与pH存在密切关系,定义了三种参数并给出公式[32]

      其中:I代表异构3-羟基脂肪酸总和;A代表反异构3-羟基脂肪酸的总和;N是正构3-羟基脂肪酸的总和。BRBI指数与环境因子(年平均空气温度、年平均大气压、土壤相对湿度)无显著相关性,表明pH是影响BRBI指数的独立因素。

      3个关系式揭示了支链脂肪酸及反异构脂肪酸的比例随pH降低而降低的变化规律。这反映了一种化学渗透偶联,即微生物为抵抗细胞膜内外较强的质子浓度梯度,通过减少支链化合物的比例以降低细胞膜的流动性和渗透性。

      目前有关3-羟基脂肪酸重建海洋古pH的应用还未见报道。Wang等对海洋沉积物中3-羟基脂肪酸的分布进行了初探,发现其含量丰富,表明该指标在重建海洋古pH方面有巨大潜力[32]

    • 上述几种pH重建技术方法均可用于海洋环境中。从方法的原理及应用方面进行对比分析,这些方法各有特点(表 2)。

      表 2  pH重建方法对比

      Table 2.  Comparison of the methods for pH reconstruction

      硼同位素组成法是目前海洋古pH重建较成熟的方法,由于其精度较高被广泛使用。该方法的应用对象是海洋中的钙质生物(如珊瑚、有孔虫等),因此要求所选取的钙质生物没有受到侵蚀,同时由于该方法受“生物效应”影响,选择样品时应尽量选取大小一致、种类单一的个体。较δ11B复杂严苛的测量流程,B/Ca的测量相对简单,应用前景广阔。这两种方法均受到相关参数的取值及B(OH)3共沉淀的影响。硅藻组合法是发展较早的方法,所需仪器设备简单但耗费时力,目前只应用于湖泊环境中。brGDGTs应用范围较广泛,包括土壤、泥炭、湖泊等环境,不同学者在具体环境使用的brGDGTs指标及其与pH的关系式有所差别,使用时需谨慎选择。3-羟基脂肪酸是新提出的可用于重建海洋古pH的方法,其具体应用还需更多研究支持。其中,因依据硅藻、有孔虫、珊瑚的种属可区分其生长的水深环境,故硅藻组合、硼同位素组成及硼钙比值等方法反演海水古pH可反映不同层次水体pH随时间的变化。

      各指标反演的最大时间尺度取决于各参数在沉积演化过程中的稳定性。表 2列举了已报道的各参数应用的最大时间尺度,大致趋势为钙质生物>硅藻>3-羟基脂肪酸>brGDGTs。随研究的深入,该数据结果有待订正。

    • 海洋酸化是当前大气CO2浓度持续升高的必然结果,而海水pH是表征海洋酸化情况的基本参数。重建海洋古pH对于研究海洋酸化进程具有重要意义。本文主要阐述了硅藻组合、δ11B、B/Ca、brGDGTs及3-羟基脂肪酸等重建海洋古pH技术方法的原理及研究进展并系统比较分析了不同技术方法的特点。其中,硅藻组合、brGDGTs及3-羟基脂肪酸等方法目前只应用于土壤、湖泊等环境,将其应用于海洋环境需更多研究支持,已成功重建海洋古pH的δ11B及B/Ca指标需进一步完善。对于海洋古pH重建技术方法的构建与完善有如下思考。

      (1) 传统指标的进一步完善。目前,硼同位素组成及硼钙比值是追溯海洋古pH变化较为成熟的方法。δ11B、B/Ca与pH的关系由理论推导而来,并经过实验室培养实验验证,其准确性不言而喻;但该方法受δ11Bswα4-3、pKB*等参数的取值,B(OH)3共沉淀及“生物效应”的影响,其精度还有提升的空间。如何校正“生物效应”是完善该指标体系的重点。

      (2) 潜力指标在海洋环境中的推广。根据当前获得的brGDGTs与pH大量的统计关系,brGDGTs环化指数(CBT)是重建海洋古pH最具潜力的指标。此外,硅藻及3-羟基脂肪酸在海洋环境中广泛存在,也可用于海洋古pH重建。这些方法指标在陆地或淡水环境中均已成功应用,考虑到海洋环境的复杂性,将其应用于海洋古pH反演需构建其与海水pH的校正公式。

      (3) 新指标体系的构建开发。最近的研究表明,珊瑚Mg/Ca、Sr/Ca、U/Ca等元素比值与δ11B存在线性关系,有孔虫Zn/Ca可以反映周围海水中的CO32-浓度,有机分子的δ13C可用于估算表层海水溶解的CO2。这些指标都或多或少均与海水pH有关,利用这些关系可建立起海洋古pH反演的新型指标体系。新指标体系的建立有利于提高我们对海洋酸化与海洋碳循环的新认识。

参考文献 (32)

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