科研进展

研究揭示珊瑚骨骼锌同位素组成及其气候环境和生物活动意义

  

  锌(Zn)是珊瑚生长的必需营养元素,是珊瑚虫和与其共生的虫黄藻体内300多种酶(如超氧化物歧化酶和碳酸酐酶等)的重要辅助因子,对虫黄藻的光合作用和珊瑚的钙化至关重要。海水中的Zn被珊瑚吸收进入体内后会参与各种生物过程(如虫黄藻的光合作用等),然后被进一步输送到钙化流体中替代Ca2+而保存到珊瑚骨骼文石中。这些复杂的生物过程可能会导致Zn同位素分馏效应,而这些生物过程对气候环境变化非常敏感,因此珊瑚骨骼Zn同位素组成可能是示踪气候环境变化和/或生物活动的潜在指标。

  广州地化所稳定同位素地球化学学科组肖杭芳博士研究生和邓文峰研究员等与天津大学陈玖斌教授、厦门大学石拓教授、自然资源部第三海洋研究所郑新庆博士等合作,对采自于澳大利亚大堡礁的滨珊瑚骨骼进行了月分辨率δ66Zn分析,将δ66Zn组成与该珊瑚生长时期的各种器测环境因素(包括海表温度、径流量、叶绿素浓度和日照强度)进行对比研究以揭示珊瑚骨骼δ66Zn变化与气候环境因子的关系;对采自南海北部三亚湾鹿回头礁区的6个不种类的、以及实验室培养的6个相同种类但是共生不同类型虫黄藻的珊瑚骨骼δ66Zn组成进行了分析研究,以揭示生物活动对珊瑚骨骼Zn同位素组成的影响。研究结果发现滨珊瑚骨骼的月分辨率δ66Zn组成存在显著的变化(-0.01‰~0.61‰),但与其他珊瑚气候和环境替代指标以及器测环境参数之间的相关性较弱;鹿回头礁区不同种类珊瑚骨骼Zn含量(0.2 μg/g~9.39 μg/g)和δ66Zn(-0.2‰~0.13‰)表现出显著的种间差异;实验室培养的共生不同类型虫黄藻的珊瑚骨骼δ66Zn也体现了和虫黄藻类型相关的个体差异。这些结果可能表明珊瑚骨骼月分辨率δ66Zn变化并非是直接由周围海水环境和化学组成的变化引起的,而是主要受珊瑚生物活动控制,复杂的珊瑚内部生物过程降低了珊瑚骨骼δ66Zn作为气候和环境替代指标的可能性。该项研究是国际上首次对珊瑚骨骼锌同位素组成特征及其气候环境和生物活动意义进行报道。

 

图1. 澳大利亚大堡礁的滨珊瑚(10AR2)骨骼δ66Zn值与其它地球化学指标(δ18O 、δ13C和Sr/Ca)和气候环境因子(海表温度、径流量和叶绿素浓度)的对比

图2. 鹿回头礁区不同种属珊瑚体内的Zn浓度和δ66Zn组成

图3. Zn进入珊瑚骨骼的概念图

  该项研究受中国科学院战略性先导科技专项(B类)(XDB40010306),国家重点研发计划项目(2016YFA0601204),南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项项目(GML2019ZD0308),国家自然科学基金项目(41722301, 40961144028,41561134037)等联合资助,成果近期发表于Geochemistry, Geophysics, Geosystems。

  论文信息:Xiao, H., Deng, W., Wei, G., Chen, J., Zheng, X., Shi, T., Chen, X., Wang, C., Liu, X., & Zeng, T. (2020). A pilot study on zinc isotopic compositions in shallow‐water coral skeletons. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 21, e2020GC009430. https://doi.org/10.1029/2020GC009430

  链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GC009430