北极峡湾夏季分层中冰川源与海洋有机物的化学示踪揭示低混合现象

这篇研究通过高分辨率质谱技术（HR-MS）分析了北极Kongsfjorden和Scoresby Sund峡湾溶解有机物（DOM）的分子组成，揭示了冰川融水输入对海洋碳循环的显著影响。研究发现Scoresby Sund因强淡水层化导致冰川源DOM（高芳香性、低N/C比）与海洋DOM混合受限，而Kongsfjorden则因高混合速率呈现均质化特征。该成果为北极快速消融背景下陆源碳通量的生物地球化学过程提供了关键证据。

　　

摘要

北极快速消融导致陆源有机物通量增加，但冰川流域与海洋有机物的混合机制尚不明确。本研究利用固相萃取结合超高分辨率质谱（FT-ICR-MS/FT-Orbitrap-MS），解析了两个北极峡湾DOM的分子特征。Scoresby Sund的DOM组成与盐度显著相关，淡水端元呈现低N/C比（0.006）、高不饱和度（AI=0.025）和高陆源指数（I_terr2=0.15），而Kongsfjorden因高混合速率呈现均质化特征。

材料与方法

2016年7月在Kongsfjorden（斯瓦尔巴）和Scoresby Sund（东格陵兰）采集水样，通过CTD尼龙采水器获取1.5-1397米深度样本。DOM经PPL固相萃取后，采用两种质谱平台分析分子式（m/z 200-700），计算芳香性指数（AI）、降解指数（I_DEG）等参数。

结果

分子多样性：Scoresby Sund表层DOM香农指数最高（6.44），随深度递减；Kongsfjorden无显著垂直梯度。主成分分析：PC1（14.29%方差）与盐度（ρ=-0.79）、密度显著相关，负载分子以低分子量、高AI为特征；PC2（8.09%）与硅酸盐浓度相关。分层效应：Scoresby Sund的5米浅淡水层（盐度≈18）形成强密度跃层（N²=0.02 s^-2），阻碍冰川源DOM（含C₁₅H₁₆O₆等陆标分子）与深层水混合。

讨论

冰川DOM特性：格陵兰融水DOM呈现类陆源特征（低N/C、高AI），可能源自古土壤输入或选择性去除氮富集组分。峡湾差异：Scoresby Sund年融水通量达8.3 km³（占格陵兰总量3%），形成持久层化；而Kongsfjorden因大西洋水入侵（年通量1.4 km³）促进快速混合。保守混合实验证实，DOM参数（如N/C比）在实验室与自然梯度中响应一致（RMSE=0.001-0.003）。

结论

北极峡湾夏季层化显著抑制冰川源DOM的垂直扩散，其陆源分子标志物（如AI>0.025）可作为消融影响的敏感指标。未来冰川退缩可能通过改变DOM的输运路径和降解速率，重塑北极碳循环格局。