在国家自然科学基金等项目的资助下，海化重点实验室赵美训教授课题组在国际地学顶尖期刊《Quaternary Science Reviews》发表了题为“Distinct variations and mechanisms for terrestrial OC 14C-ages in the Eastern China marginal sea sediments since the last deglaciation”的研究成果。
陆地土壤和海洋沉积是重要的有机碳储载体，而河流是陆地有机碳向海洋传输的关键纽带，陆源有机碳在海洋中的埋藏是长期碳汇。Timothy I. Eglinton 等（2021）的研究表明，降水和气温是调控河流传输陆源有机碳14C年龄的主要因素，其内在关联是：低纬湿热的环境下土壤有机碳的周转速率快，有机碳年轻（14C年龄小，新鲜），而干冷的高纬地区与之相反。得益于连续沉积的特征，海洋沉积中的陆源有机物14C年龄被用于探究自然背景下（主要为末次冰盛期以来）土壤有机碳库的周转时间及其与气候变化的关系。研究者在孟加拉湾和刚果河口的研究认为：在千年至万年时间尺度上，降水是土壤有机碳周转的主要控制因素；例如，（早）全新世降水增多加速了土壤有机碳的周转速率，河流传输的有机碳年轻；反之亦然。然而，我们在中国东部边缘海的研究对沉积序列中陆源有机碳年龄的变化提出了新的见解：（1）黄河传输的土壤有机碳年龄变化是降水调控黄土高原土壤侵蚀强度（而非土壤有机碳周转速率）的结果。（2）陆源有机碳在东海陆架的侧向搬运过程中发生显著的降解和年龄老化。详情如下：
（1950s以前）黄河是全球输沙量最高的河流，也是渤海和黄海埋藏陆源有机碳的主要供给源。黄河传输入海的颗粒有机碳主要（~90%）来自于黄土高原的侵蚀土壤，以陈化碳（14C年龄为数千年）为主。利用南黄海泥质区的连续沉积岩芯，我们通过应用单体分子碳同位素（13C和14C）等技术方法，重建了末次冰消期以来陆源有机碳埋藏效率和年龄的演变记录。结果发现：（1）有机碳载荷量指标揭示了陆源有机碳的埋藏效率高于90%，表明黄河输送的陆源有机碳被很好的保存于南黄海。（2）陆源有机碳的表观初始年龄（即沉积时刻对应的陆源有机碳的14C年龄）为数千年，表明以陈化碳为主；并且表观年龄的整体趋势表现为冰消期年轻、全新世老的特征，与黄土高原降水记录呈显著正相关关系：即降水多（少）对应有机碳年龄老（年轻）。我们将此归因于降水调控了黄土高原土壤侵蚀强度而非土壤有机碳的周转速率。因为黄土高原土质松散，土壤侵蚀深度和强度对降雨量敏感。在冰消期阶段，黄土高原地区降水少，土壤侵蚀深度浅（浅层年轻有机碳），黄河携带的陆源有机碳年龄更年轻；而在中晚全新世湿润期，降水的增多加剧了对黄土高原深层土壤的侵蚀强度，从而释放出更多深层的土壤老碳进入黄河。
东海济州岛西南泥质区的陆源有机碳同样主要是黄河传输的黄土高原土壤有机碳，然而全新世东海陆源有机碳的埋藏效率显著低于南黄海，而表观初始年龄显著高于南黄海。我们认为，这种空间上的差异是由于两个海区沉积环境的差异所致。与黄海稳定的沉积环境不同，东海陆架经历强烈的沉积动力过程（即沉积物的侧向搬运和再悬浮等过程）。因此，陆源有机碳在经由黄海向东海陆架的传输过程中发生了强烈的降解与年龄老化，进而陆源有机碳中记录的陆地古气候、古环境等信号也被改造。本研究通过典型海区的对比，探讨了中国东部边缘陆源有机碳的年龄特征及时空变化，揭示了陆地水文气候变化和边缘海区域性沉积动力过程对边缘海埋藏陆源有机碳年龄的调控作用。以往的研究直接将海洋沉积序列中的陆源有机碳年龄用于探讨自然背景下土壤有机碳库的周转，而我们的研究对此提出了新的条件约束。
图1. 南黄海C04岩芯（红色）和东海F10B岩芯（蓝色）有机碳年龄等与古环境记录的变化记录。（a）总有机碳的表观初始年龄；（b）长链脂肪酸的表观初始年龄（橙色和绿色星星分别为现代黄河和长江悬浮颗粒物中的长链脂肪酸14C年龄）；（c）陆源有机碳在总有机碳中的贡献比例；（d）端元计算的陆源有机碳表观初始年龄（橙色和绿色圈分别为现代黄河和长江悬浮颗粒物中的陆源有机碳14C年龄）；（e）陆源有机碳载荷量（橙色虚线为现代黄河POC载荷量）；（f）黄土高原年平均降水；（g）西北太平洋海平面变化。
本研究在国家自然科学基金委和崂山实验室等项目的资助下完成。博士研究生陈梦娜为第一作者，李大伟副教授为通讯作者，赵美训教授、张海龙博士和王子成博士为共同作者。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2023.108235
参考文献：
Chen, M., Li, D.-W.*, Zhang, H., Wang, Z. and Zhao, M. (2023) Distinct variations and mechanisms for terrestrial OC 14C-ages in the Eastern China marginal sea sediments since the last deglaciation. Quaternary Science Reviews 315, 108235.
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