追踪过去22,000年来颗石藻的生产力趋势：来自IODP第385次考察在高生产力海洋盆地（瓜伊马斯盆地）沉积物中的研究结果

《Marine Geology》：Tracking coccolithophore productivity trends over the last 22,000 years: insights from sediments of IODP Expedition 385 in a high-productivity oceanic basin (Guaymas Basin)

该研究通过分析国际海洋勘探计划第385航次获取的瓜亚马斯盆地（GB）沉积物中颗石藻群集及估算净初级生产力（NPP），揭示了过去22,400年间GB对气候波动的响应。结果显示GB持续保持高生产力（平均1288.25 mgC m-2天-1），但呈逐渐下降趋势。划分三个阶段：（I）末次冰盛期至海因里希事件1期（22,400-15,320 cal yr BP）冷期高生产力，可能与加利福尼亚洋流侵入相关；（II）博伊林-阿拉索尔期至年轻干燥期（15,320-11,200 cal yr BP）上层混合减弱，标志物Florisphaera profunda增多；（III） Holocene气候优化期以来（11,200 cal yr BP至今）频繁出现低生产力与分层现象，反映现代季风动力增强。

　　这篇研究通过分析国际海洋钻探计划（IODP）第385航次获取的沉积物核心，深入探讨了加利福尼亚湾（GoC）在过去的22400年中对气候变化的响应。研究重点聚焦于古尔姆斯盆地（GB）的生产力变化，通过分析钙质浮游植物（即coccolithophores）的组合特征以及估算净初级生产力（NPP）来揭示这一过程。研究结果表明，GB在整个研究时间段内一直是高生产力区域，平均生产力值为1288.25毫克碳每平方米每天，且呈现出逐渐下降的趋势。

在过去的22400年中，GB经历了多个显著的气候阶段。第一个阶段是寒冷期，生产力高且表层水体垂直混合，这与最后一次冰期（LGM）和希拉赫事件1（Heinrich Event 1）相吻合，时间跨度为22400至15320年。这一时期，净初级生产力（NPP）较高，Gephyrocapsa oceanica的丰度也显著增加，同时Coccolithus pelagicus的亚种braarudii出现。这些特征可能与加利福尼亚洋流（California Current）的侵入有关，该洋流在寒冷时期可能带来了富含营养的水体，从而促进了高生产力环境的形成。

第二个阶段发生在从15320至11200年期间，涵盖了博灵-奥尔德鲁德期（B-A）、年轻干期（Younger Dryas）以及整个全新世的初期。这一阶段的特征是间歇性分层现象，深层营养层和温跃层的位置相对稳定。研究发现，Florisphaera profunda的相对丰度增加，而G. oceanica和C. pelagicus subsp. braarudii等关键物种的丰度则下降。这种变化可能反映了GB内部水体结构的变化，例如营养盐的垂直分布和水体交换的减少。这一时期的生产力波动可能与海洋环流模式的调整以及区域气候条件的转变有关。

第三个阶段是从全新世气候最佳期（11200年至今）开始，表现为生产力下降、表层水体温暖且分层现象持续。研究发现，温暖且寡营养至中营养条件下的浮游植物种类，如Helicosphaera spp.、Calcidiscus leptoporus、Syracosphaera spp.和Umbilicosphaera sibogae，在这一时期占据主导地位，同时F. profunda的丰度也上升。这些变化可能与现代季风系统的影响有关，特别是在4900年左右开始，持续的分层现象和生产力下降可能表明季风活动的增强和海洋环流模式的转变。

加利福尼亚湾的地理位置和独特的海洋环境使其成为研究区域气候和全球气候信号的理想区域。该湾连接东太平洋，其水动力学主要受到太平洋洋流和气候驱动的变率影响。季节性的风驱动上升流、潮汐混合、中尺度涡旋以及季节性环流模式对浮游植物的生长和生产力变化起到了关键作用。冬季和春季，强北西风主导，导致表层水体向湾外输送，而夏季和秋季，东南风则推动环流模式反转，使得热带表层水（TSW）从太平洋进入湾内，从而影响整个湾内的水体结构和生产力。

此外，加利福尼亚湾的水文特征有利于高生产力的维持。由于低氧且富含营养的水体位于浅层，因此相对较少的能量消耗即可使这些营养物质到达光合作用有效层（euphotic zone），从而支持高生产力的生态系统。除了季节性变化，该地区还受到年际变化的影响，尤其是厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）现象。在ENSO事件期间，热带表层水的强烈输运以及频繁的风暴和降水增加，进一步促进了生产力的变化。

钙质浮游植物作为海洋生态系统中的重要组成部分，其组合特征和丰度变化能够有效反映过去的海洋环境和气候条件。研究团队通过分析GB沉积物中的钙质浮游植物，旨在揭示全球变暖和变冷事件对当地海洋环境的影响。这种研究不仅有助于理解GB在不同气候阶段的生产力变化，还能够为全球气候变化研究提供重要的区域视角。

GB的沉积物记录显示，钙质浮游植物的组合特征与现代的几种典型浮游植物组合相似，例如中心-亚热带带组合、北中心组合以及热带（北）带组合。这些组合通常以G. oceanica为主导，并包含F. profunda和Gephyrocapsa <3 μm组等物种。这种相似性表明，GB的海洋环境在过去22400年中可能经历了与现代类似的水体条件和生产力模式。然而，不同时间阶段的浮游植物组合特征也反映了水体条件的显著变化，如温度、营养盐浓度和水体分层程度等。

研究还指出，钙质浮游植物在不同气候条件下的分布和丰度变化能够提供关于水体结构的重要信息。例如，G. oceanica的高丰度通常与富含营养的水体条件相关，而F. profunda的增加则可能表明深层水体的上升或水体分层的增强。这些变化不仅影响了浮游植物的组成，还对整个海洋生态系统的结构和功能产生了深远影响。

研究团队在分析过程中采用了多种方法，包括对沉积物核心的详细描述和分类，以及对不同浮游植物种类的相对丰度进行统计分析。通过这些方法，研究人员能够更准确地重建过去22400年的生产力变化，并识别出不同气候阶段的特征。此外，研究还结合了古海洋学和古气候学的理论，探讨了GB生产力变化与全球气候事件之间的关系。

总体而言，这项研究为理解加利福尼亚湾在不同气候条件下的海洋动力学和生产力变化提供了重要的数据支持。通过分析钙质浮游植物的组合特征，研究人员能够揭示GB在气候变化背景下的响应机制，并为未来的古海洋学和古气候学研究提供新的视角和方法。此外，这项研究还强调了区域研究在理解全球气候变化中的重要性，以及海洋生态系统对气候变化的敏感性。这些发现不仅有助于揭示GB的过去，还能够为预测未来气候变化对海洋生态系统的影响提供参考。