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| 中國海洋大學(xué)在同位素示蹤我國近海海底地下水排放研究領(lǐng)域取得新進展 |
| http://gerecailiao.cn 2025年4月2日 來源：華禹教育網(wǎng) |
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近日，中國海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點實驗室（深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心）在同位素示蹤我國近海海底地下水排放過程（SGD）及其對海域營養(yǎng)鹽的收支貢獻這一研究領(lǐng)域取得新進展。相關(guān)成果以“Large
scale submarine groundwater discharge dominates nutrient
inputs to China’s coast”（海底地下水排放過程是中國近海營養(yǎng)鹽的主要來源）為題發(fā)表在Nature Communications上。
海底地下水排放（Submarine Groundwater Discharge，簡稱SGD），是指所有在海底界面發(fā)生的水交換過程，包括陸源淡水地下水（FSGD）和循環(huán)海水（RSGD）兩部分。SGD是驅(qū)動陸海界面物質(zhì)交換的關(guān)鍵動力過程，對海岸帶生物地球化學(xué)循環(huán)具有至關(guān)重要的影響作用。目前，我國業(yè)已開展的SGD研究大多關(guān)注河口、海灣等局域尺度，尚缺乏對中國近海SGD通量的整體認識。由于方法學(xué)的限制，區(qū)分研究不同類型SGD通量及其物質(zhì)貢獻十分困難，導(dǎo)致量化結(jié)果的不確定度難以準確估算，因此無法納入我國近海營養(yǎng)鹽收支的評估模型中。
圖1 我國近海表層海水中各種天然鐳氡同位素的含量分布
研究團隊構(gòu)建了鐳氡同位素聯(lián)合示蹤模型，解決了不同類型SGD通量量化的難題。課題組長期關(guān)注海洋中的天然鐳氡同位素及其對各種海洋學(xué)問題的示蹤研究，積累了豐富的觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合文獻報道數(shù)據(jù)建立了我國近海海水和沿岸地下水中的鐳（224Ra、226Ra、228Ra）、氡（222Rn）同位素含量的高分辨率數(shù)據(jù)庫，厘清了海域中各種同位素的分布特征（圖1）。繼而構(gòu)建了鐳氡多核素聯(lián)合量化模型，對中國近海FSGD和RSGD進行了區(qū)分量化，并利用蒙特卡洛模擬（Monte Carlo simulations）技術(shù)定量評價了SGD計算結(jié)果的不確定度。結(jié)果表明，在我國近岸海域（水深20-30米以內(nèi)），F(xiàn)SGD和RSGD的通量分別為3.56×108 m3 d-1和1.82×1010 m3 d-1，SGD總通量約為河流入海徑流量的5倍，SGD總通量中約98%為循環(huán)海水。在陸架海域，RSGD通量約為2.09×1010 m3 d-1。近岸海域僅占陸架海域總面積的約四分之一，但其RSGD的排放通量占比卻高達87%，表明我國陸架邊緣海的近岸淺海區(qū)是SGD的熱點區(qū)域。
在此基礎(chǔ)上，針對我國陸架海域水體構(gòu)建了營養(yǎng)鹽收支模型（圖2）。發(fā)現(xiàn)總SGD對水體中DIN、DIP、DSi的貢獻分別達到32%、19%、54%，超過了河流輸入和大氣沉降的總和。FSGD通量雖然僅占總SGD通量的2%左右，但其輸送入海的營養(yǎng)鹽通量卻可達總SGD輸送通量的50%（DIN）、25%（DIP）、52%（DSi）。地下水端元中的溶解態(tài)DIN/DIP/DSi比例（FSGD中為272/1/415；RSGD中為92/1/130）嚴重偏離了Redfield比值。SGD過程對海域水體富營養(yǎng)化、營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)、赤潮等生態(tài)失衡現(xiàn)象的成因具有潛在貢獻。本研究揭示了海底邊界交換過程對我國近海生源要素生物地球化學(xué)循環(huán)的重要貢獻，對制定合理的海洋可持續(xù)發(fā)展措施具有重要的科學(xué)意義。
圖2 海底地下水排放（SGD）通量及其對我國近海營養(yǎng)鹽收支的貢獻
該成果由中國海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點實驗室于志剛教授課題組牽頭完成，2021級海洋化學(xué)專業(yè)博士研究生朱天亦為第一作者，許博超教授和于志剛教授為共同通訊作者，中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、海洋與大氣學(xué)院以及華東師范大學(xué)、美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）、西湖大學(xué)、中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所、南開大學(xué)、韓國仁荷大學(xué)、生態(tài)環(huán)境部太湖流域東海海域生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理局、美國佛羅里達州立大學(xué)、自然資源部第一海洋研究所、瑞典哥德堡大學(xué)等單位的學(xué)者合作完成了相關(guān)研究。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委杰出青年科學(xué)基金、重點項目、聯(lián)合基金等項目的資助。
通訊員：朱天亦
文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-58103-y（點擊查看）
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