一、项目总体实施情况

本课题执行期是2020年-2022年，在为期三年的过程中本课题均按计划执行。在项目执行期间，我们围绕研究内容和研究目标对西太平洋及其边缘海进行了海洋环境调查，利用U1486B孔和ODP807A孔的沉积物，借助汞元素及同位素和锇同位素示踪西太平洋暖池大型火山活动，联合铀、硫等环境敏感金属同位素重建古海洋环境演变历史，揭示地表圈层与深部圈层的耦合关系，解译地球深部的演化过程与地球表层系统变化的互馈机制。本课题较好地完成了既定研究目标，取得了一定成果，发表SCI收录论文8篇(其中一篇论文已在线发表)，另有三篇SCI论文正在审稿中，培养硕士6名，建设了一支由海洋地质学、古气候学和同位素地球化学等多学科研究人员组成的跨学科科研团队，较好地完成了本课题的研究任务和研究目标。

二、研究结果

1、取得科学认识及其意义

火山也是地球内部与外部沟通的关键连接环节，其与地球系统其它组分之间的相互作用方式是独一无二的。在地球演化早期阶段大型火山活动向大气中排放大量的CO₂和甲烷气体，造成了全球范围内的碳同位素负偏现象。不断增加的大气CO₂等温室气体，造成了气候变暖，海洋缺氧和海水酸化，进而引起的一系列环境异常变化。因此利用汞元素及同位素和锇同位素精确指示1Ma以来西太平洋沉积物中古火山记录，并且联合铀和硫同位素等环境敏感元素，揭示地表圈层与地球深部圈层的关联机制，深入解译地球深部的演化过程与地球表层系统变化的互馈机制。

2、对解决西太计划关键科学问题的贡献

（1）通过U1486B孔的汞元素及同位素和锇同位素以及铀和硫同位素的沉积记录，重建近一百万年来的西太平洋古火山记录，并分析探讨火山活动与海洋氧化还原环境变化之间的关联机制。结果显示汞同位素的∆¹⁹⁹Hg-MIF分馏差异较大，可以清晰表征中更新世转型期间火山活动导致的事件沉积，并且利用锇同位素交叉印证深海的火山活动沉积记录。火山活动导致碳酸盐中δ²³⁸U_Carb和δ³⁴S_CAS发生明显负漂，这表明火山活动可能会引发海洋环境缺氧，并进而导致海洋生态系统变化。自60万年以来汞的非质量分馏∆¹⁹⁹Hg明显正偏，并且∆²⁰⁰Hg也出现正偏现象。这表明火山活动释放的汞在大气输运过程中发生光致还原过程。同时基于奇数-偶数汞非质量分馏（∆¹⁹⁹Hg和∆²⁰⁰Hg）特征，定量解析了热带西太平洋沉积物中汞的来源贡献，包括海洋自生来源、大气沉降和火山活动释放汞以及陆源汞输入。研究发现热带西太平洋沉积物中汞主要来源于海洋自生来源，并且海洋自生汞输入过程与暖池古生产力的变化相似，具有冰期-间冰期变化的特征。大气汞沉降来源持续增加，这与西太平洋的风尘沉降变化相一致。火山活动输入的汞持续减少，但是自十万年以来火山活动输入的汞贡献总体上增加了，这表明近十万年来西太平洋地区火山活动频繁。并且热带西太平洋沉积物中陆源汞输入与季风降水强度有关，总体呈上升趋势。

（2）锌元素是海洋浮游生物生长和新陈代谢所必需的痕量营养元素，因此Zn同位素可做为示踪海洋沉积物Zn的生物地球化学循环过程的重要手段。本项目利用ODP807孔中沉积碳酸盐的δ⁶⁶Zn同位素，联合生产力指标Ba/Ti和不同种属的有孔虫δ¹³C差值，精确重建近55万年以来西太平洋暖池古生产力变化。结果显示西太平洋暖池古生产力呈现冰期-间冰期旋回变化，并且暖池古生产力与营养盐跃面深度波动变化密切，这表明类ENSO式变化导致的冰期-间冰期营养盐跃层深度波动是暖池古生产力变化的主要控制因素。

3、成果列表

[1]     Wenlong Pei, Jiayue Wang, Xinling Wang, Rui Zhang*, Tiegang Li*, Fan Zhang, Xiaoxiao Yu, Zhiyong Liu, Minglei Guan, Qi Han. Marine osmium-uranium-sulfur isotope evidence for the interaction of volcanism and ocean anoxia during the Middle Pleistocene in the tropical Western Pacific. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2022, Doi: 10.1016/j.palaeo.2022.111360. (第二标注)

[2]     Yipeng Wang, Wenlong Pei, Jialei Yang, Yujin Fan, Rui Zhang*, Tiegang Li*, James Russell, Fan Zhang, Xiaoxiao Yu, Junjie Hu, Yuehuo Song, Zhiyong Liu, Minglei Guan, Qi Han. The relationship between volcanism and global climate changes in the Tropical Western Pacific over the mid-Pleistocene transition: Evidence from mercury concentration and isotopic composition. Science of The Total Environment, 2022, 823, 153482. (第二标注)

[3]     Yipeng Wang, Jialei Yang, Guichen Wang, Yinyi Zhang, Rui Zhang*, Tiegang Li*, James Russell, Jiayue Wang, Xinling Wang, Fan Zhang, Yuehua Song, Xiaoxiao Yu, Junjie Hu, Zhiyong Liu, Minglei Guan, Qi Han. Source Identification of brGDGTs in the Surface Sediments of the East China Sea. Frontiers in Earth Science, 2022, 9, 796539. (第二标注)

[4]     Yipeng Wang, Rui Zhang*, Yuehua Song, Fan Zhang, Junjie Hu, Tiegang Li*, James Russell, Xiaoxiao Yu, Jialei Yang, Zhiyong Liu, Yu Li, Minglei Guan, Qi Han, Guihong Li. Source apportionment of polycyclic aromatic hydrocarbons and black carbon at the western coastal areas of the Yellow Sea based on isotopic signatures. Ecological Indicators, 2021, 127, 107725. (第二标注)

[5]     Yipeng Wang, Tiegang Li*, Rui Zhang*, James Russell, Xin Xiao, Yaxin Cheng, Fan Zhang*, Zhiyong Liu, Minglei Guan, Qi Han. Fingerprinting characterization of sedimentary PAHs and black carbon in the East China Sea using carbon and hydrogen isotopes. Environmental Pollution, 2020, 267, 115415. (第二标注)

[6]     Rui Zhang*, Tiegang Li*, James Russell, Fan Zhang, Xin Xiao, Yaxin Cheng, Zhiyong Liu, Minglei Guan, Qi Han. Source apportionment of polycyclic aromatic hydrocarbons in continental shelf of the East China Sea with dual compound-specific isotopes (δ13C and δ2H). Science of The Total Environment, 2020, 704, 135459. (第一标注)

[7]     Rui Zhang*, Ruirui Wang, Zhiyong Liu*, Fan Zhang, Tiegang Li*, Minglei Guan, Qi Han. Distribution and transport of plutonium in the sediments of the Yangtze River estuary and the adjacent East China Sea. Applied Geochemistry, 2020. 115, 104532. (第一标注)

[8]     XiaoxiaoYu, Zhiwei Zhang, Aiping Feng, Dongqi Gu, Rui Zhang, Peng Xia, Wenwen Yan, Xiangjun Zhou. Recent history of metal contamination in the Fangcheng Bay (Beibu Gulf, South China) utilizing spatially-distributed sediment cores: Responding to local urbanization and industrialization. Marine Pollution Bulletin, 2020, 158, 111418. (第一标注)