柯?婷, 韋剛健, 劉?穎, 謝露華,鄧文峰, 王桂琴, 許繼峰

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南海北部珊瑚高分辨率硼同位素組成及其對(duì)珊瑚礁海水pH變化的指示意義

柯?婷1,2, 韋剛健1*, 劉?穎1, 謝露華3,鄧文峰1, 王桂琴1, 許繼峰1

(1. 中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所 同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州?510640; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京?100049; 3. 中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所 邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州?510640)

造礁珊瑚是研究熱帶海洋高分辨率氣候環(huán)境演變的重要載體。對(duì)采自海南島南部三亞灣的活體濱珊瑚SY10進(jìn)行了約為月分辨率的碳、氧、硼同位素組成分析, 并利用珊瑚11B重建了海水pH。結(jié)果顯示, 所測(cè)量樣品的13C變化范圍為–3.32‰～–1.76‰,18O為–6.13‰～–4.78‰,11B為23.51‰～26.23‰, 且這些珊瑚樣品的碳、氧、硼同位素組成均存在明顯的季節(jié)性周期波動(dòng)。其中pH與18O之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系, 高的pH值更傾向于在低溫的季節(jié)出現(xiàn), 這意味著短時(shí)間尺度該處珊瑚礁海水pH可能主要不是受海水CO2溶解度控制, 而是與生物活動(dòng)有密切的關(guān)系。利用SY10珊瑚樣品硼同位素組成重建的海水pH值變化范圍為7.77～8.37, 并呈季節(jié)性周期波動(dòng), 這種大幅度的周期波動(dòng)與我們對(duì)三亞珊瑚礁海水pH進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)所得到的結(jié)果以及前人的研究成果相符, 說明了利用珊瑚11B重建海水pH記錄是可靠的。

硼同位素組成; 高分辨率; pH; 珊瑚; 三亞灣

0?引?言

工業(yè)化革命以來, 人類排放導(dǎo)致的大氣CO2含量迅速增加有可能會(huì)引起海洋酸化, 并對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重威脅[1–3]。由于缺少海洋酸度(pH)變化的直接記錄, 目前對(duì)于海洋酸化的演變歷史及控制機(jī)制的了解還非常欠缺, 因此利用地球化學(xué)替代指標(biāo)重建過去海水pH演變記錄成為研究海洋酸化非常重要的環(huán)節(jié)。海洋生物成因碳酸鹽的硼同位素組成(11B)是重建海水pH記錄的最理想手段[3–6], 而造礁珊瑚具有快速的生長(zhǎng)速率, 清晰的生長(zhǎng)年紋和其骨骼中較高的硼含量(~50 μg/g), 是重建年際年代際海水pH記錄的最佳研究對(duì)象。已有的利用珊瑚的高精度11B重建了過去200多年以來澳大利亞大堡礁多年或年分辨率的海水pH演變記錄, 清楚展示了珊瑚礁海水pH對(duì)區(qū)域性海氣波動(dòng)的響應(yīng), 以及20世紀(jì)40年代以來顯著的海洋酸化趨勢(shì)[7–8]。

除了年際年代際的時(shí)間分辨率, 珊瑚還可以提供高達(dá)周、月及季節(jié)分辨率的氣候環(huán)境記錄。與其他高分辨率氣候環(huán)境演變記錄相比, 高分辨率的海水pH記錄還非常少見。一方面是由于低本底高精度硼同位素測(cè)量難度較高, 技術(shù)上存在制約, 另一方面則是由于在高分辨的記錄中珊瑚的生物活動(dòng)對(duì)硼同位素組成的影響即生命效應(yīng)會(huì)顯著放大, 從而影響到對(duì)其中的氣候環(huán)境演變信息的準(zhǔn)確解讀[5,9]。珊瑚的碳酸鈣骨骼并非直接從海水中沉淀下來, 其鈣化發(fā)生在珊瑚蟲細(xì)胞壁下的被命名為extracytopla-smic calcifying fluid (ECF)的流體中[10]。ECF 的pH值和外圍海水的pH值之間存在明顯的梯度, 而且這個(gè)pH梯度與珊瑚種類及其生物活動(dòng)特征密切相關(guān)[11–12], 是珊瑚pH記錄生命效應(yīng)最重要的體現(xiàn)。

通過系列的控制培養(yǎng)實(shí)驗(yàn), 目前對(duì)不同種類的珊瑚ECF和外圍海水之間pH梯度基本實(shí)現(xiàn)了量化的制約[11–12], 但要完全評(píng)估這種生命效應(yīng)對(duì)重建海水pH記錄的影響, 還需要通過利用實(shí)際海域中的珊瑚進(jìn)行pH記錄重建, 并與實(shí)際海水pH變化情況對(duì)比來進(jìn)行評(píng)估。而這一方面的研究目前還沒有報(bào)道。為此, 我們選擇了海南島南部三亞灣的一個(gè)現(xiàn)代珊瑚, 利用我們實(shí)驗(yàn)室的低本底高精度硼同位素分析技術(shù)測(cè)定其約為月時(shí)間分辨率的11B, 并與我們?cè)谶@一珊瑚礁區(qū)長(zhǎng)期實(shí)測(cè)的海水pH記錄進(jìn)行對(duì)照, 探討珊瑚11B在記錄高分辨率海水pH記錄的可靠性及可行性。

1?材料及分析方法

分析的活體濱珊瑚樣品SY10()于2010年4月份采自海南島南部的三亞灣(18°12′52.01″N, 109°28′28.46″E), 水深約3 m, 使用水下鉆機(jī)沿珊瑚塊體其中的一個(gè)主生長(zhǎng)軸鉆取出長(zhǎng)約50 cm的巖芯。巖芯在實(shí)驗(yàn)室切成厚度約為7 mm的薄板, 并通過X射線拍照獲取其生長(zhǎng)紋層。然后, 珊瑚薄板用10% H2O2浸泡并超聲清洗干凈, 沿其主生長(zhǎng)軸以~0.5 mm間隔分取樣品供地球化學(xué)分析。分取下來的樣品用瑪瑙研缽磨成粉末并充分混合均勻。詳細(xì)的樣品前處理過程參照文獻(xiàn)[13]。

1.1?碳、氧同位素分析

珊瑚樣品的碳、氧同位素分析在同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的配備MultiPrep?前處理系統(tǒng)的GV Isoprime II型穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀上測(cè)定。大約1 mg珊瑚粉末放置于密閉的反應(yīng)瓶中, 加入3滴102% H3PO4, 在90 ℃下充分反應(yīng), 所釋放出的CO2通過雙路進(jìn)校系統(tǒng)(Dual Inlet)導(dǎo)入質(zhì)譜儀測(cè)量其13C和18O。結(jié)果通過國(guó)際碳酸鹽碳、氧同位素標(biāo)準(zhǔn)樣品NBS-19校正, 并表示為相對(duì)于Vienna Pee Dee Belemnite (V-PDB)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果。多個(gè)碳酸鹽碳、氧同位素標(biāo)準(zhǔn)樣品如IAEA-CO-1、GBW04406等隨同樣品重復(fù)測(cè)量, 其結(jié)果顯示13C和18O的外部精度分別好于0.05‰和0.08‰(1)。大約15%的樣品進(jìn)行重復(fù)檢測(cè), 結(jié)果顯示其偏差與標(biāo)準(zhǔn)樣品的外部誤差相當(dāng)。詳細(xì)的分析流程參照鄧文峰等[14]。分析結(jié)果列于表1。

1.2?硼同位素(δ11B)分析

首先稱取20 mg珊瑚粉末樣品置于干凈的聚乙烯塑料試管中, 加0.5 mL 30%的H2O2, 浸泡24 h以盡量除去樣品中的有機(jī)質(zhì)。隨后用加裝了Q-Gard?Boron去硼裝置的Millipore純水處理系統(tǒng)制備的純凈水(MQ水)清洗干凈, 逐滴加入2 mol/L HCl至樣品完全溶解, 然后用去硼MQ水稀釋到 1 mL。

表1?SY10珊瑚樣品的δ13C、δ18O、δ11B及計(jì)算的pH結(jié)果

注:11B為三次平行測(cè)量的值, 誤差為三次平行測(cè)量的平均標(biāo)準(zhǔn)偏差(2σm); pH根據(jù)硼酸和硼酸根分餾的理論關(guān)系計(jì)算獲得, 詳細(xì)參數(shù)設(shè)定參照正文說明, 誤差為±0.01

溶解好的珊瑚樣品首先過裝載有AG 50×8陽(yáng)離子樹脂的交換柱去除Ca、Mg等主要的陽(yáng)離子基體, 收集下來的含硼溶液逐滴加入純化過的濃CsOH溶液調(diào)節(jié)到pH>12。然后將溶液轉(zhuǎn)移到裝載著IRA 743硼特效樹脂的離子交換柱進(jìn)行分離純化和富集硼。純化后收集到的含硼溶液分別加入適量的CsOH和甘露醇 (用于固定硼, 避免蒸干過程中硼的揮發(fā)損失), 其量按珊瑚樣品的硼含量估算, 保證樣品中B﹕Cs和B﹕甘露醇的比例分別為1﹕2和3﹕4左右[11–12]。充分混合后樣品置于<60 ℃的紅外燈下烘干供質(zhì)譜測(cè)量。為監(jiān)測(cè)離子交換過程對(duì)硼同位素組成的影響, 我們同時(shí)把硼含量與珊瑚樣品相當(dāng)(~1 μg)的SRM 951標(biāo)準(zhǔn)溶液當(dāng)樣品, 以用同樣的方法進(jìn)行離子交換處理。所有的化學(xué)處理均在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的超凈化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。詳細(xì)的化學(xué)處理流程參照文獻(xiàn)[8,15]。

蒸干后的樣品用2 μL 稀CsOH溶液提取, 點(diǎn)于預(yù)先去氣的Ta燈絲上, 通上低電流蒸到快干, 然后加1 μL石墨懸浮液, 繼續(xù)蒸干備質(zhì)譜測(cè)量。

質(zhì)譜測(cè)量在同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的Finnigan Triton型熱電離質(zhì)譜儀上進(jìn)行, 該儀器配備有9個(gè)Faraday杯用于檢測(cè)信號(hào), 分別將308(133Cs210B16O16O)和309(133Cs211B16O2+133Cs210B16O17O)置于H3和H4杯上, 中心杯則設(shè)定為一個(gè)虛擬的質(zhì)量數(shù)298.4。該儀器具有較強(qiáng)的變焦功能, 將H3和H4杯的距離調(diào)節(jié)到最近, 然后將變焦程度調(diào)節(jié)到最大(focus Quad為15.00 V, 而disper-sion Quad為–100.00 V), 可以同時(shí)在H3和H4杯上接收到各自對(duì)應(yīng)的308和309信號(hào), 實(shí)現(xiàn)硼同位素比值的靜態(tài)測(cè)量。圖1展示了這兩個(gè)信號(hào)的套峰掃描圖, 雖然兩個(gè)信號(hào)峰不能完全重合, 但其平頂峰的重合部分足夠?qū)? 完全滿足靜態(tài)測(cè)量的要求。測(cè)量的309/308比值經(jīng)過17O校正即可獲得11B/10B比值:11B/10B =309M/308M ? 0.00078[16]。靜態(tài)測(cè)量可以顯著提高309/308比值的內(nèi)部精度, 通常一個(gè)分析包含10個(gè)block, 每個(gè)block包括10個(gè)cycle, 這樣得到的309/308比值內(nèi)部精度往往好于0.001% (2σm), 其對(duì)11B誤差的貢獻(xiàn)不到±0.01‰(2σ)。

圖1　m/e 308和m/e 309信號(hào)套峰圖

除了非常高的內(nèi)部精度, 這樣的靜態(tài)分析穩(wěn)定性也非常好。在每一輪樣品測(cè)試過程中至少會(huì)測(cè)量2~3次SRM 951標(biāo)準(zhǔn), 整個(gè)樣品測(cè)量過程中SRM 951的11B/10B結(jié)果平均值為4.0529±0.0007 (1SD,=22),換算成11B的偏差好于±0.2‰。另外, 經(jīng)過化學(xué)處理的SRM 951標(biāo)準(zhǔn)的11B/10B結(jié)果為4.0530±0.0005 (1SD,=8)。這一比值相對(duì)于未經(jīng)化學(xué)處理的SRM 951結(jié)果換算成11B為(0.03±0.14)‰, 與標(biāo)準(zhǔn)值沒有偏差, 因此我們的化學(xué)處理及分析流程可以獲得可靠的11B結(jié)果。

對(duì)于實(shí)際的珊瑚樣品, 為了更好避免質(zhì)譜測(cè)量過程中Cs2CNO+干擾或者硼同位素分餾引起的11B/10B偏差[8], 第一次測(cè)量完成后, 將燈絲電流調(diào)高20~30 mA, 重新優(yōu)化儀器參數(shù), 再次測(cè)量其11B/10B比值。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次, 如果3次測(cè)量結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致, 可認(rèn)為是不受Cs2CNO+干擾或者硼同位素分餾影響的可靠結(jié)果?？紤]到單次測(cè)量的內(nèi)部精度太高, 將這3次分析的平均值和偏差作為樣品的測(cè)量結(jié)果及內(nèi)部精度。分析結(jié)果列于表1。

1.3?pH值的計(jì)算

11BSW和11Bcarbonate分別代表海水和碳酸鹽(如珊瑚等)的11B,3-4代表硼酸和硼酸根之間硼同位素分餾系數(shù)。雖然近年有研究認(rèn)為硼酸可能也被結(jié)合到碳酸鹽中, 從而導(dǎo)致重建的pH值與實(shí)際的海水pH值存在偏差[18], 但最新的研究認(rèn)為引起這樣的pH值偏差的主要原因是海水與鈣化流體ECF之間存在pH梯度[11], 只要選取合適的參數(shù)如pK、3-4和11BSW, 并對(duì)引起海水和ECF之間pH梯度的生命效應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ? 利用以上公式便可計(jì)算出準(zhǔn)確的海水pH值[11–12]。

在此我們參照了Trotter.[11]的方法來計(jì)算海水pH值, 其中11BSW選用該珊瑚樣品采集的珊瑚礁海水的實(shí)測(cè)11B的平均值39.5‰(未發(fā)表數(shù)據(jù)),3-4采用Klochko.實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果1.0272[19], 生命效應(yīng)校正則選用濱珊瑚種類的經(jīng)驗(yàn)公式pHSW= (pHECF? 5.95)/0.32[12]?？紤]到三亞海域冬季和夏季月均溫差高達(dá)10 ℃, 珊瑚的鈣化速率受溫度變化的影響比較明顯, 從而影響到鈣化流體ECF中硼酸和硼酸根之間的平衡常數(shù)pb[12]。而我們所分析樣品的時(shí)間分辨度約為月平均, 因此不同樣品之間存在非常明顯的溫度差異, 我們?cè)诖艘矊?duì)其進(jìn)行溫度校正[12]: 每個(gè)樣品對(duì)應(yīng)的溫度利用同步測(cè)量的18O, 以及適用于該區(qū)的濱珊瑚氧同位素溫度計(jì)18O(‰) = ?0.14×(℃) ? 1.76計(jì)算出來[20]。計(jì)算的pH值結(jié)果同列于表1, 其誤差根據(jù)高斯誤差傳遞公式由11B分析誤差計(jì)算而得, 結(jié)果均好于±0.01。

2?結(jié)果與討論

2.1?碳、氧、硼同位素組成及pH記錄的季節(jié)變化

該珊瑚樣品高分辨率的13C、18O、11B及計(jì)算的pH值的變化序列展示于圖2。從數(shù)據(jù)頻度看, 該序列的時(shí)間分辨率與月平均相當(dāng)?？傮w看來, 這些同位素組成均存在明顯的季節(jié)性周期波動(dòng)。氧同位素組成對(duì)溫度變化比較敏感, 因而珊瑚18O的季節(jié)變化主要反映溫度的變化。圖2中也可以看出,18O存在非常好的年周期, 冬季18O最高而夏季最低, 可以作為年界線的標(biāo)志。13C也呈現(xiàn)出類似的年周期變化, 大體上是溫度較低的秋冬季節(jié)13C比較高, 但其變化和18O并不同步, 這與13C對(duì)溫度變化并不敏感, 及其主要受陸源輸入和珊瑚礁生物活動(dòng)(新陳代謝)等因素控制相一致。11B的變化也似乎是一種年際的周期波動(dòng), 但其變化和13C、18O都不同步。在與18O的對(duì)應(yīng)關(guān)系上, 有些年份高的11B對(duì)應(yīng)于高的18O值, 如2007年, 而有些年份高的11B則對(duì)應(yīng)于低的18O值, 如2008年, 意味著珊瑚的11B受溫度影響不明顯。而在與13C的對(duì)應(yīng)關(guān)系上, 2008年以后高的11B主要對(duì)應(yīng)于高的13C, 但在2008年以前則主要對(duì)應(yīng)于低的13C。

圖2　SY10珊瑚的高分辨率δ13C、δ18O、δ11B和pH記錄的變化序列

pH值是由11B計(jì)算得到的, 因此這兩個(gè)記錄的變化基本是同步的。不管是利用線性回歸還是利用指數(shù)關(guān)系回歸, pH和11B之間的相關(guān)關(guān)系都非常顯著(>0.85,=47,<0.0000001)。

這些同位素記錄的對(duì)應(yīng)關(guān)系在其相關(guān)圖上可以更清楚地展示(圖3)。13C和18O之間、11B和18O之間均不存在明顯的相關(guān)關(guān)系(>0.1), 但計(jì)算得到的pH值和18O之間卻存在明顯的相關(guān)關(guān)系(圖3c,=0.62,=47,<0.000002)。這種相關(guān)關(guān)系繼承自計(jì)算pH值時(shí)對(duì)ECF的硼酸和硼酸根之間的平衡常數(shù)受鈣化速度影響而進(jìn)行的溫度校正[12], 主要體現(xiàn)的是珊瑚的生命效率?？紤]到18O和溫度是反相關(guān)關(guān)系[20], 因此pH和18O之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系意味著高的pH值傾向于在低溫的季節(jié)出現(xiàn), 與我們?cè)谌齺喩汉鹘脯F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的結(jié)果(未發(fā)表數(shù)據(jù))是相一致的。而在低溫季節(jié), CO2的溶解度升高, 其效果是導(dǎo)致海水pH下降。我們的珊瑚記錄顯然與這種溫度控制的溶解效應(yīng)不一致, 意味著珊瑚礁海水pH主要不是受CO2溶解度控制, 而與生物活動(dòng)關(guān)系密切。

在年代際的時(shí)間尺度上, 受Suess效應(yīng)影響, 珊瑚的11B和13C之間存在比較明顯的正相關(guān)關(guān)系, 即隨著進(jìn)入海水中的人類排放CO2的增加, 海水的pH和溶解無(wú)機(jī)碳(dissolved inorganic carbon: DIC)的13C下降[8]。但是在季節(jié)時(shí)間尺度上,11B和13C之間的相關(guān)性要更復(fù)雜一些。從圖2的序列上看,13C大體存在一個(gè)下降的趨勢(shì), 但11B并沒有明顯的下降趨勢(shì)。圖3d顯示, 2008年以后,11B和13C存在弱的正相關(guān)關(guān)系(=0.51,=23,=0.0065), 大體與Suess效應(yīng)類似。但在2008年以前,11B和13C卻存在弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系(= –0.46,=24,=0.012)。這種負(fù)相關(guān)的機(jī)制目前還不清楚, 估計(jì)與生物活動(dòng)性質(zhì)的差異有關(guān)。

圖3　δ13C、δ18O、δ11B和pH記錄之間的相關(guān)關(guān)系

圖3d中數(shù)據(jù)點(diǎn)“○”表示靠近珊瑚柱頂部23個(gè)樣品的數(shù)據(jù), 即2008年和2009年; “△”表示后24個(gè)樣品的數(shù)據(jù), 即2007年和2006年

2.2?pH記錄的可靠性評(píng)估

珊瑚礁的生產(chǎn)力往往比較高, 生物活動(dòng)對(duì)海水pH變化有非常大的影響, 因而珊瑚礁海水pH往往呈大幅度的波動(dòng)[21]。我們?cè)谌齺喩汉鹘高M(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的結(jié)果也表明, 海水pH的晝夜變化非常大, 最高值往往出現(xiàn)于中午光合作用最強(qiáng)的時(shí)段, 而最低值往往出現(xiàn)于晚上12點(diǎn)后, 日變化幅度最高可達(dá)0.6。除了晝夜變化, 季節(jié)變化也是非常顯著, 不同季節(jié)月平均pH值的差別可達(dá)到0.4。即使是在年際年代際時(shí)間尺度上, 利用珊瑚11B重建的pH值變化幅度也達(dá)到0.3~0.4[7–8]。因此, 我們利用SY10珊瑚重建的約為月平均分辨率的pH記錄所呈現(xiàn)的大幅度周期波動(dòng)和實(shí)際情況是相吻合的。

由于pH值計(jì)算的理論關(guān)系式的一些前提假設(shè)并不完全符合實(shí)際情況, 所需要進(jìn)行的校正(如鈣化速率校正、生命效應(yīng)校正等)均使用由有限的實(shí)驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式[12], 因此計(jì)算得到的pH值可能和實(shí)測(cè)值會(huì)存在一定的偏差。三亞珊瑚礁現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的pH值最大變化范圍是7.47~8.45(25 ℃恒溫測(cè)量, Total Scale校正), SY10珊瑚重建的pH結(jié)果(7.77~ 8.37)均落在這樣的范圍內(nèi), 意味著重建的pH值與實(shí)際值的偏差不會(huì)太大。但這些實(shí)測(cè)結(jié)果均為測(cè)量時(shí)的瞬時(shí)值, 受生物光合作用/呼吸作用快速的周日變化的影響明顯, 變化幅度大。如果統(tǒng)計(jì)為月平均結(jié)果, 三亞珊瑚礁海水pH的變化范圍往往介于7.7~8.1之間。與實(shí)測(cè)結(jié)果的月平均統(tǒng)計(jì)結(jié)果相比, SY10的重建pH結(jié)果低值相一致, 但高值偏高約0.2~0.3單位, 這可能是計(jì)算所用到的源自澳大利亞大堡礁的經(jīng)驗(yàn)校正公式[12]中的一些參數(shù)可能不適合三亞珊瑚礁海域。如果利用三亞珊瑚礁的海水和珊瑚種類開展培養(yǎng)試驗(yàn), 可望獲得適用該海區(qū)的經(jīng)驗(yàn)公式, 從而獲取與該海區(qū)實(shí)測(cè)值相一致的pH重建結(jié)果。

3?小?結(jié)

對(duì)三亞灣的活體濱珊瑚柱SY10約為月分辨率的碳、氧、硼同位素組成分析發(fā)現(xiàn), 其碳、氧、硼同位素組成均存在明顯的季節(jié)性周期波動(dòng)。經(jīng)相關(guān)性分析可知,13C大體上是溫度較低的秋冬季節(jié)比較高, 但其變化和18O并不同步, 這與13C對(duì)溫度變化并不敏感, 主要受陸源輸入和珊瑚礁生物活動(dòng)(新陳代謝)等因素控制相一致;11B與18O的相關(guān)關(guān)系并不明顯, 表明珊瑚的11B受溫度影響不明顯；但利用11B重建的pH值與18O之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系, 高的pH值傾向于在低溫的季節(jié)出現(xiàn), 這意味著在短時(shí)間尺度內(nèi)三亞珊瑚礁附近海水pH值主要不是受海水CO2溶解度控制, 而是與生物活動(dòng)有密切的關(guān)系。與年代際的時(shí)間尺度上, 由于受Suess效應(yīng)影響, 珊瑚的11B與13C之間存在比較明顯的正相關(guān)關(guān)系相比, 季節(jié)時(shí)間尺度上11B與13C之間的相關(guān)性要更復(fù)雜一些。2008年以后,11B與13C存在弱的正相關(guān)關(guān)系, 大體與Suess效應(yīng)類似；但在2008年以前,11B與13C卻存在弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系, 這種負(fù)相關(guān)可能與生物活動(dòng)性質(zhì)的差異有關(guān)。利用SY10珊瑚樣品硼同位素組成重建的海水pH值變化范圍為7.77～8.37, 呈季節(jié)性周期波動(dòng), 這種大幅度的周期波動(dòng)與我們對(duì)三亞珊瑚礁海水pH進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)所得到的結(jié)果以及已發(fā)表的研究成果[21]相符, 這說明利用珊瑚硼同位素組成重建海水pH記錄是可靠的。

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High resolution boron isotopic compositions of a coral from the northern South China Sea and their implications for reconstruction of seawater pH

KE Ting1,2, WEI Gang-jian1*, LIU Ying1, XIE Lu-hua3, DENG Wen-feng1, WANG Gui-qin1and XU Ji-feng1

1. State Key Laboratory of Isotope Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou?510640, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing?100049, China; 3. Key Laboratory of Marginal Sea Geology, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou?510640, China

Coral is a good medium for the study of high resolution climate changes in tropical oceans. In this paper, we analyzed the C, O, B isotopic compositions of 49 samples from a livingcoral, SY10, from Sanya Bay, south of Hainan Island. The result shows that, the13C,18O and11B values of the SY10 coral range from –3.32‰ to –1.76‰, from –6.13‰ to –4.78‰ and from 23.51‰ to 26.23‰, respectively. They all exhibited obvious seasonal fluctuations. A significant positive correlation occurs between the reconstructed seawater pH and18O, which is converse to the temperature effect for the solubility of CO2in seawater that low temperature favors the dissolution of CO2and hence decreases seawater pH. Our observation that higher pH values tend to appear in low temperature seasons suggests that seawater pH on coral reefs should be largely controlled by biological activities rather than changes in CO2solubility. Meanwhile, the reconstructed seawater pH values range from 7.77 to 8.37, with seasonal fluctuations similar to that of the11B. Furthermore, the substantial periodic fluctuations of reconstructed pH are in consistent with the variability of observed seawater pH records on the same coral reef, and agree with the seawater pH changes in Xisha Islands mentioned by Dai. (2009). We therefore conclude that it is feasible to reconstruct high resolution seawater pH by using boron isotopic composition of corals.

boron isotopic composition; high resolution; pH; coral; Sanya Bay

P597

A

0379-1726(2015)01-0001-08

2013-08-26;

2013-10-26;

2013-11-04

國(guó)家自然科學(xué)基金(41076025); 中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所135項(xiàng)目(Y234091001)

柯婷(1987–), 女, 碩士研究生, 海洋地質(zhì)專業(yè)。E-mail: cotke09@hotmail.com

WEI Gang-jian, E-mail: gjwei@gig.ac.cn; Tel: +86-20-85290093