地質地球所發現影響湖泊沉積物有機碳同位素變化的新因素

　　湖泊沉積物中全巖有機碳同位素是古環境研究最常用的指標之一。對于有機質來源主要為內生的湖泊，主流觀點認為湖泊碳酸根離子濃度和生物生產率這兩個因素是控制其變化的主要原因。但是在實際應用中，往往出現很多矛盾和無法解釋的現象，顯然還有一些重要的因素沒有被揭示。長期以來，古湖泊環境有機地球化學的研究中，一直忽視了不同藻類間同位素分餾差異可能引起的同位素大幅度變化。

　　中科院地質與地球物理研究所新生代地質與環境研究室古生態學科組的旺羅副研究員及其合作者的研究顯示，在北方，由冰凍期長短控制的湖泊生物生長期引起生活在不同水動力條件下的底棲和浮游硅藻相對含量的變化，是控制湖泊有機碳同位素變化的重要因素之一。該研究利用不同藻類所代表的水體動力條件與同位素分餾的關系，闡釋了藻類組合的變化對有機碳同位素控制作用的機理。他們的研究發現，中世紀暖期和20世紀暖期由于冰凍期短，生長期長，代表生長環境水動力較強的浮游硅藻占絕對優勢，碳同位素值低;在小冰期，由于冰凍期長，生長期短，生長于水下，代表水動力條件相對較弱的底棲硅藻相對含量較高，碳同位素值相對較高。溫暖期內部浮游硅藻占優勢的時期，生活在不同水動力條件下的不同浮游硅藻組合的變化，也會導致碳同位素的顯著差異。

　　已有研究顯示，不同藻類同位素分餾與藻類表面的擴散邊界層厚度有著密切的關系，擴散邊界層厚度主要受控于水體動力條件，水動力越強擴散邊界層越薄，藻類可利用碳越多，同位素分餾大，同位素變輕。浮游藻因其懸浮生長，相對水動力條件較強，導致擴散邊界層相對較薄，引起同位素變輕;而底棲藻因其生長在水下，并且很多種類固著生長，相對水動力條件弱，導致藻類擴散邊界層較厚，富集重同位素。浮游和底棲藻類的碳同位素的差異平均可達6‰。此外，他們的研究還認為，碳同位素的變化與不同類型浮游藻類組合變化也具有密切的關系。永浮性藻類一般個體小，在水體分層較好，水動力相對較弱的環境中占優勢;而暫浮性藻個體大，需要較強的水動力，維持其懸浮生長。這些水動力的差異可能進一步導致暫浮性藻擴散邊界層厚度更薄，同位素更輕。

　　這項研究為今后利用湖泊碳同位素探討古環境變化，以及探討湖泊中其他穩定同位素(如氧同位素等)控制因素的研究提供了新的思路。該研究成果近期發表在國際有機地球化學領域權威刊物Organic Geochemistry(Wang et al. The influence of the ratio of planktonic to benthic diatoms on lacustrine organic matter δ13C from Erlongwan maar Lake, Northeast China. Organic Geochemistry, 2013, 54: 62-68)。

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