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南海珊瑚碳同位素记录1997年印尼大火对海洋生态系统影响

  全球暖化背景下,极端天气事件频发。过去一年,地球似乎进入了“燃烧”模式,火灾新闻(澳大利亚森林大火、亚马逊雨林大火、美国加州大火、俄罗斯西伯利亚大火、中国四川凉山大火等)屡登国际头条。其中,澳大利亚森林大火过火面积超过8万平方公里,烧毁3000多所房屋,造成33人死亡,近三十亿只动物死亡或流离失所,旅游业损失近10亿澳元。这些大火对全球经济、社会、环境和气候造成严重影响,但由于缺乏海上观测数据,大火对海洋生态系统的影响难以捉摸。 

世界大火地图集显示20198月全球大火数量是20188月的5倍(图片来源ESA

  mg电子游戏送彩金孙卫东课题组、刘传玉课题组与天津大学刘羿课题组合作,以1997年印尼大火为案例,通过珊瑚地球化学指标与物理海洋环流模型相结合的方式,发现南海珊瑚碳同位素(δ13C)记录下1997年印尼大火对海洋生态系统的影响,该项工作为今后研究大火对海洋生态系统的影响提供了新的思路和方法。相关研究成果“Traces of the 1997 Indonesian wildfires in the marine environment from a network of coral δ13C records”近日在线发表于国际地学期刊Geophysical Research Letters,通讯作者为孙卫东研究员与刘羿教授,第一作者为李小花博士。 

   

珊瑚采样位置图。小琉球(XLQ),南湾(NW),海南(HNSun et al., 2008),西沙(XSWang et al., 2018; Han et al., 2019),南沙(NS),Mentawai IslandsMIAbram et al., 2003),白色阴影区域表示19978-11月印尼大火烟雾的影响范围  

  1997年印尼大火是20世纪有史以来罕见的森林大火。印度尼西亚有烧芭的农业传统,每年都要面临森林大火的严重威胁。恰逢1997年是厄尔尼诺年,降水减少,雨季迟迟没有到来,导致了火灾大规模爆发。大火从19978月开始燃烧,持续数月,导致东南亚多国遭受烟雾灾害,对公共卫生和交通系统影响尤为严重,导致数千人死亡,影响了东南亚近2亿人口的生命健康。 

  本次大火释放了大量的碳(0.8–2.6 Gt),相当于1997-1998年全球化石燃料燃烧释放碳量的13%–40%,而且,大火释放碳(CO2,灰烬)的δ13C信号(–23‰ ~ –28‰)比表层海水δ13C0.7‰ ~ 2.0‰)低,海气交换后会降低海水δ13C信号,有可能被珊瑚骨骼记录下来。 

  基于此,研究团队在南海选取了南沙、南湾、小琉球三根珊瑚样品进行碳氧同位素分析,并结合前人已经发表的西沙(Wang et al., 2018; Han et al., 2019)、海南(Sun et al., 2008)的四根珊瑚及Mentawai IslandsAbram et al., 2003)的一根珊瑚样品碳同位素来研究1997年印尼大火对海洋生态系统的影响。研究发现,大火过后几个月,南沙(19986-12月)和西沙(199811-12月)珊瑚δ13C出现了显著的负漂移,小琉球、南湾、海南珊瑚δ13C没有明显变化,Mentawai Islands珊瑚δ13C显著增加。该研究利用OGCM模型模拟了大火释放的灰烬(Cfire)在南海的移动路径和相对含量变化,发现Cfire增加的时间与珊瑚δ13C减少的时间吻合,表明1997年印尼大火是导致南沙和西沙珊瑚δ13C减少的主要原因。其中,西沙比南沙距离大火源区要远,洋流输送Cfire到达的时间要久一些,导致西沙珊瑚出现δ13C减少的时间略迟于南沙珊瑚。此外,由于小琉球、南湾、海南这几个地方距离大火源区较远,Cfire信号降低,所以这些区域的珊瑚δ13C没有显著变化。 

珊瑚碳同位素时间序列。(a)小琉球,(b)南湾,(c)海南,(d)西沙,(e)南沙,(fMentawai Islands。灰色阴影区域表示西沙和南沙珊瑚δ13C显著负漂。红色虚线区域表示MI珊瑚δ13C显著增加。条纹区域表示1997年印尼大火的持续时间

OGCM模型模拟的19978199812Cfire的移动路径和相对含量变化

  由于MI珊瑚位于大火源区附近,大火释放灰烬进入海水带来大量铁营养盐元素,导致浮游植物爆发,其中与珊瑚共生的虫黄藻进行光合作用时会优先利用12C,从而导致MI珊瑚δ13C显著增加(Abram et al., 2003)。铁元素作为限制营养元素,在大火源区附近会被迅速消耗,不会被洋流携带远距离输送到其他海域,所以只有MI珊瑚δ13C变正,南海其他珊瑚没有出现这种现象。由此可见,热带大火对海洋生态的影响从燃烧中心会延伸数千公里以外,并且,影响时间可能持续近一年。利用珊瑚碳同位素可以限制大火的影响范围,这为我们今后利用化石珊瑚研究过去的超级大火提供了依据。 

  该项目获得了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、黄土与第四纪地质国家重点实验室开放基金及中国博士后科学基金项目联合资助。     

  论文详情:Xiaohua Li, Xiaowei Wang, Chuanyu Liu, Yi Liu, Kefu Yu, Weidong Sun. 2020. Traces of the 1997 Indonesian wildfires in the marine environment from a network of coral δ13C records. Geophysical Research Letters, DOI: 10.1029/2020GL090383 

  论文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL090383 


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