铝与铅-210双示踪技术揭示大陆边缘沉积物中颗粒有机碳的跨陆架输运与埋藏通量

本研究针对大陆边缘沉积物中传统210 Pb定年法高估沉积速率的问题，通过Al和210 Pb双示踪技术，量化了东/日本海颗粒有机碳(POC)的跨陆架输运与埋藏通量。研究发现210 Pb在陆架区的沉积通量是水体清除通量的3倍（296±50%），揭示陆源物质侧向输入的重要性；提出基于Al质量平衡的沉积速率校正方法，使POC埋藏通量估算值较传统方法降低4倍（仅占初级生产力的0.3-1.0%），为边缘海碳循环研究提供新范式。

　　

在海洋碳循环的拼图中，大陆边缘沉积物扮演着"矛盾综合体"的角色——虽然仅占全球海洋面积的7-10%，却贡献了20-40%的初级生产力，同时成为陆地碳输入深海的关键通道。然而这个动态界面的碳收支始终存在巨大认知鸿沟：传统铅-210(²¹⁰
Pb)定年法在低沉积速率区域(<0.15 cm yr^-1
)可能将沉积速率高估3-8倍，进而导致颗粒有机碳(POC)埋藏通量的系统性偏差。这种误差在东亚重要的半封闭海——东/日本海尤为突出，该海域既有显著的陆源输入，又存在缓慢的沉积过程，成为研究大陆边缘碳循环的理想天然实验室。

韩国首尔大学的研究团队创新性地采用铝(Al)和²¹⁰
Pb双示踪系统，通过水柱-沉积物联合采样与箱式模型计算，首次量化了该海域POC的真实埋藏效率。研究发现：在200米深的陆架区，²¹⁰
Pb沉积通量达到水体清除通量的296±50%，而在2327米的深海盆地区仅117±15%，证明陆架是陆源物质"拦截器"；通过Al质量平衡校正的沉积速率(0.018-0.055 cm yr^-1
)与¹⁴
C和火山灰层结果吻合，而传统²¹⁰
Pb法结果(0.06-0.22 cm yr^-1
)存在显著高估；最终建立的POC箱式模型显示真实碳埋藏通量仅占初级生产的0.3-1.0%，比既往估算低4倍，且34-70%的底层POC通量源自沉积物再悬浮。这项发表于《Marine Chemistry》的研究，为边缘海碳循环模型提供了关键参数校正方法。

关键技术包括：1) 采集东/日本海陆架-海盆沉积柱状样，测定²¹⁰
Pb_ex
(过剩铅-210)和Al的垂向分布；2) 建立水柱²¹⁰
Pb收支平衡模型计算理论清除通量；3) 结合Al的陆源示踪特性构建沉积物质量平衡方程；4) 开发整合沉积-再悬浮过程的POC箱式模型。

【研究结果】
◆ 沉积物²¹⁰
Pb与Al的分布特征
沉积物物理参数与历史数据一致，总有机碳(TOC)浓度呈现陆架(2.0-3.5%)向海盆(0.8-1.2%)递减的趋势。²¹⁰
Pb_ex
在陆架区呈现非典型衰减曲线，暗示强烈的混合作用。

◆ 基于水-沉积物系统的²¹⁰
Pb通量估算
深海区²¹⁰
Pb沉积通量与理论清除通量相当(117±15%)，而陆架区高达296±50%，结合Al富集因子证实陆架存在显著的侧向物质输入。

◆ 沉积速率的多方法比对
Al质量平衡校正的沉积速率(0.018-0.055 cm yr^-1
)与¹⁴
C和火山灰层结果一致，传统²¹⁰
Pb法在低沉积区系统性高估3-8倍。

◆ POC埋藏通量的重新评估
校正后的POC埋藏通量仅为初级生产的0.3-1.0%，显著低于既往基于²¹⁰
Pb的估算。模型显示沉积物再悬浮贡献了34-70%的底层POC通量。

【结论与意义】
该研究突破性地揭示了传统²¹⁰
Pb定年法在低沉积速率大陆边缘的局限性：当沉积速率<0.15 cm yr^-1
时，沉积后混合作用会产生与放射性衰减相似的²¹⁰
Pb_ex
垂向分布，导致速率高估。通过Al-²¹⁰
Pb双示踪体系建立的校正方法，将东/日本海POC埋藏通量修正至与全球同类海域相当的水平。这一发现不仅为边缘海碳循环研究提供方法论革新，更暗示全球大陆边缘碳汇可能被长期高估。研究还首次量化了沉积物再悬浮对POC通量的贡献(最高达70%)，这对理解碳的跨界面交换机制具有里程碑意义。未来需在全球更多边缘海验证该方法，并整合到地球系统模型中。