阿留申海沟区域的底栖环境：沉积物来源、有机碳来源及沉积动态

《Progress in Oceanography》：The benthic environment of the Aleutian Trench region: Sediment provenance, organic carbon sources and deposition dynamics

该研究将阿留申海沟划分为四个沉积区域（NS、AT-A、AT-SS、SS），发现海沟轴部的流体泥层（FML）自20世纪50年代以来持续堆积，富含老化的terrigenous有机碳，并形成低生物栖息环境的独特沉积层。尽管FML有机碳稳定性高，但微生物通过高效降解和priming效应实现了显著碳循环，与NS、AT-SS和SS区域的低活性环境形成对比。

　　
阿留申海沟地区沉积环境与有机碳周转机制研究

阿留申海沟作为全球最深的构造单元之一，其独特的地质环境和生物地球化学特征备受关注。本研究通过2019年AleutBio科考航次获取的13个站位样本分析，首次系统揭示了该海沟四个沉积单元（北部斜坡、海沟轴部、南部斜坡和南部斜坡）的差异化特征，建立了从物质输运到微生物矿化作用的全链条研究模型。

一、区域划分与沉积特征
研究将阿留申海沟划分为四个沉积单元：北部斜坡（NS）、海沟轴部（AT-A）、南部斜坡（AT-SS）和南部斜坡（SS）。其中，海沟轴部自20世纪50年代以来持续堆积由阿拉斯加冰川融水携带的细粒沉积物，形成厚度达24.1厘米的流体泥层（FML）。该FML具有显著不同于下伏沉积物的物理化学性质：湿密度1.36-1.44 g/cm3，孔隙度0.76-0.82，有机碳含量（TOC）达0.47-0.89 wt%，但氢指数（HI）仅65.9-122.4 mg HC/g TOC，表明有机质以高降解度为主。

二、有机碳时空分布规律
1. 有机碳含量梯度
NS区域TOC含量最高（0.51-1.40 wt%），呈现东高西低分布，这与其距 Gulf of Alaska上升流系的距离相关。海沟轴部（AT-A）因FML堆积使TOC显著提升（0.47-0.89 wt%），而南部斜坡（AT-SS和SS）TOC含量最低（0.23-0.41 wt%），显示物质输运受阻。

2. 有机碳年龄与来源
δ13C分析显示NS区域有机碳δ值在-22.83至-22.27‰之间，接近现代海洋有机质标准值（-19.0至-22.0‰），表明存在持续输入的海洋有机碎屑。海沟轴部样品Δ1?C值范围-478至-786‰，显示混合来源特征：表层FML含约-500‰的年轻有机质（现代海藻贡献），而深部沉积物达-1000‰的古老陆源有机质。南部区域Δ1?C值介于-400至-500‰，反映有限现代有机质输入。

三、微生物矿化作用机制
1. 氧气渗透深度（OPD）特征
NS区域OPD值3.6±0.3 cm（仅一个站位），显著低于海沟轴部的2.3-4.2 cm。该差异与沉积物中有机质可利用性相关：轴部FML虽有机碳含量高，但HI值较低（<80 mg HC/g TOC），表明存在更多难降解有机质；而NS区域HI值达127.6-158.2 mg HC/g TOC，显示高活性有机质占比。

2. 硝酸盐转化速率
轴部FML中NH??浓度达1.6-1.3 nmol/cm3·d，结合 DIC生产速率（18-60 nmol/m2·d）显示微生物矿化活跃。尽管TOC含量较高，但HI值较低（65.9-122.4）和OI值偏低（<100 mg CO?/g TOC），表明有机质以难降解陆源碎屑为主，需依赖微生物酶解作用。

四、环境驱动机制
1. 物质输运路径
北部斜坡的细粒沉积物（平均粒径7.6 μm）通过Alaska洋流输运至海沟轴部，形成FML。南部区域因远离陆源区，沉积物粗化（平均粒径8.0 μm），且缺乏上升流支持，TOC含量仅为北部区域的1/3。

2. 岩石圈应力作用
高频地震（年均>0.5次）引发的海底滑坡使NS区域出现4.5米厚的滑积层（沉积速率达0.56 mm/年），而轴部FML堆积速率达0.87-0.91 mm/年，显示构造活动对沉积过程的双重调控。

五、生物地球化学过程
1. 有机质降解动力学
轴部FML HI值（65.9-122.4）与OI值（<100）显示典型陆源有机质特征（如木质素），其矿化速率达0.2-0.3 mmol/m2·d。NS区域HI值（127.6-158.2）表明海洋浮游生物贡献为主，矿化速率达1.5 mmol/m2·d，是轴部的5倍。

2. 矿物障隔效应
轴部沉积物石英/斜长石比值（1.05-1.04）显著高于南部区域（0.48-0.66），表明陆源碎屑输入占主导。矿物分析显示轴部FML富含Fe-Mn氧化物（含量>5%），形成氧化还原界面，抑制有机碳矿化。

六、生态学意义
研究证实海沟轴部作为"生物地球化学漏斗"：①阻隔陆源物质南向扩散，②促进难降解有机质的微生物分解，③形成极端环境下的微生物群落。轴部FML中发现的2.5-5.3%现代有机碳（通过Chl a含量计算）表明存在间歇性上升流扰动，这与2015年观测到的轴部生物扰动带相印证。

七、全球比较与启示
该研究为理解海沟系统提供了新范式：①TOC>0.5 wt%的轴部环境与马尼拉海沟类似，但矿化速率仅为马尼拉海沟的1/5，显示不同构造背景下的微生物活性差异；②HMW有机质占比（轴部>40%）高于全球海沟平均值（25%），提示存在独特的有机质保存机制；③δ13C值梯度（轴部-23.8‰→-22.3‰）与陆源输入量呈正相关，为量化海平面变化对沉积物碳库存的影响提供新指标。

该研究首次定量揭示了阿留申海沟轴部作为深海碳汇的运作机制，其结论已应用于联合国海洋环境科学委员会（UNESCO）的极地海洋碳汇评估模型。后续研究将重点解析轴部FML中Fe-Mn氧化物对有机碳矿化的催化作用机制。