自上次冰川消退以来，黄海中有机碳积累及其周期性变化的千年至百年尺度记录

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Millennial- to centennial-scale record of organic carbon accumulation and its periodic occurrence in the Yellow Sea since the last deglaciation

南黄海末次冰期以来有机碳埋藏受海平面变化和气候驱动，通过沉积物特征与生物标志物分析揭示：低海平面期（16.6-11.7 ka BP）陆源有机碳贡献高达68%，以草本植物为主；海平面上升后贡献降至34%，但8 ka BP前因冷却事件短暂升高。高分辨率记录显示1000-350年周期变化，前者与太阳活动相关，后者受东亚季风与黑潮动力耦合控制。该研究为理解陆架海碳封存机制提供新证据。

　　
黄海陆架海有机碳埋藏机制的多尺度解析

摘要
黄海作为典型半封闭陆架海，其有机碳（OC）埋藏过程对全球碳循环具有关键调控作用。本研究基于中央黄海泥岩沉积柱H12（35°N，124°E），通过整合沉积物粒度、有机碳含量、稳定碳同位素组成及烷基生物标志物等多维度指标，系统重建了末次冰期以来（约16.6ka BP）OC埋藏动力学的多时间尺度响应特征。研究揭示：海平面升降主导OC埋藏格局演变，低海平面期（16.6-11.7ka BP）陆源OC贡献达68%，形成高植物源OC堆积；快速海平面上升期（11.7-8.4ka BP）沉积环境剧变，OC贡献率骤降至34%；海平面稳定期（8.4ka BP至今）气候波动通过影响陆源OC通量与海洋再悬浮作用，形成百年至千年尺度的OC动态周期。特别值得注意的是，8ka BP附近存在陆源OC贡献的短时反弹现象，可能与 abrupt cooling事件相关。研究证实陆架海OC埋藏受海平面-沉积动力系统与气候-水文动力系统的耦合控制，为量化陆架海碳汇功能提供了重要机制依据。

沉积物来源与保存环境
黄海年均沉积通量达1.6×10^9吨，其中黄河（68%）和长江（31%）贡献为主。研究区81米水深处的H12核心记录显示，末次冰期低海平面期（16.6-11.7ka BP）沉积环境具有显著陆架暴露特征。沉积物粒度分析表明该期平均粒径较现代沉积物粗30%，反映水体分选能力增强。OC含量峰值达28.5g C/m3，为全球陆架海平均值的3倍，其δ13C_OC值显著亏损（-28.3‰至-25.6‰），表明高比例陆源植物有机质输入。稳定碳同位素分析显示该期OC埋藏以裸子植物源（δ13C=-28.5‰）为主，与全新世早期黄河三角洲植被重建记录相吻合。

海平面变化驱动的沉积动力转换
研究划分了黄海OC埋藏的三阶段：低海平面期（16.6-11.7ka BP）、快速陆架暴露期（11.7-8.4ka BP）和高海平面稳定期（8.4ka BP至今）。末次冰盛期（约14ka BP）海平面下降至现代-120m，导致黄河三角洲大规模陆架暴露，形成持续1000年的陆源OC高输入期。沉积物中烷基奇数碳（n-alkanes）特征显示，C17/C18比例从1.8增至2.3，指示陆源植被类型从针叶林向草本植物转变。该阶段OC通量达15.6g C/m2/yr，较现代高2.8倍，形成全球陆架海最显著的OC富集区。

海平面上升期（11.7-8.4ka BP）的沉积环境剧变
该期海平面以年均4.5cm速度上升，导致沉积速率从2.3cm/ka增至8.1cm/ka。沉积物中OC含量下降57%（至7.2g C/m2/yr），δ13C_OC亏损幅度缩小至-23.1‰至-26.8‰，反映陆源OC输入减少但植物类型仍以草本为主。值得注意的是，8ka BP附近出现OC通量短期峰值（12.3g C/m2/yr），可能由 abrupt cooling事件引发的植被扩张驱动。该阶段沉积物中烷基奇数碳C27/C29比例从0.42增至0.57，指示陆源沉积物中微生物膜形成量增加，反映水体扰动增强导致的有机质再悬浮效应。

气候-水文动力耦合下的OC动态
在8.4ka BP以来高海平面稳定期，研究揭示出两个显著时间尺度特征：1）千年尺度δ13C_OC波动（振幅达4.2‰），其相位与太阳活动周期（11-22年）存在0.7个世纪的滞后响应；2）百年尺度OC通量振荡（幅度±3.8g C/m2/yr），与东亚季风强度指数（R=0.68）呈显著正相关。沉积物粒度分析显示，百年尺度OC波动与悬浮泥沙通量变化（R2=0.79）密切相关，表明此时OC埋藏主要受物理再悬浮控制。稳定碳同位素分析进一步证实，季风强弱通过影响陆源OC输入通量（年际波动达25%）和海洋悬浮物再分配效率（年变化率18%），共同调控OC的百年尺度动态。

陆源OC输入的时空分异特征
沉积物中陆源OC贡献率（OC_terr/MAR）在末次冰期低海平面期达68%，随着海平面上升逐渐降低至34%。这种转变与黄河三角洲沉积序列的相变密切相关：早期发育厚层粉砂-黏土沉积（OC>25g C/m3），后期过渡为细粒泥质沉积（OC<15g C/m3）。研究创新性发现，陆源OC输入存在明显的"滞后效应"：海平面上升1.2米后，陆源OC贡献率仍维持50%以上达2000年。这种滞后可能与沉积物再悬浮导致的陆源OC二次埋藏有关。

沉积物再悬浮对OC保存的调控
通过粒度组分与OC含量的相关分析（R2=0.83），揭示出细颗粒（<8μm）中OC保存效率较粗颗粒高42%。沉积物中硅藻含量与OC通量呈负相关（R=-0.76），表明水体透明度降低时，悬浮泥沙增加导致有机质再悬浮损失。特别在8ka BP附近，δ13C_OC值突然升高（-23.1‰→-25.6‰），与沉积物中悬浮物通量骤降（年变化率-35%）形成对应，证实物理再悬浮是OC保存效率的关键控制因子。

多时间尺度OC动态的驱动机制
研究构建了OC通量随海平面变化的动力学模型，显示OC通量与海平面速率呈非线性关系（R2=0.91）。当海平面上升速率超过3cm/ka时，陆源OC通量下降速率可达年均12%。但研究同时发现，在气候突变事件（如 abrupt cooling）影响下，陆源OC通量可逆性反弹，表明气候波动对OC埋藏存在短期调制作用。通过建立海平面-沉积通量-气候参数的三维响应模型，可解释76%的OC动态变化。

生物地球化学转化过程
沉积物中烷基奇数碳（n-alkanes）的C27/C29比值在低海平面期（0.42）向高海平面期（0.57）演变，指示陆源植被类型从裸子植物向被子植物转变。δ13C_OC与沉积物有机质类型指数（TOC/Omic index）呈显著负相关（R=-0.79），表明水体扰动增强时，难降解木质素类有机质比例升高。通过建立有机质类型-保存效率-沉积动力学的耦合模型，可定量估算不同时期OC有效埋藏量（误差范围±15%）。

区域碳汇功能的量化评估
基于16.6ka BP以来OC通量重建，黄海陆架海年均OC有效埋藏量达1.2×10^6吨/年，占全球陆架海总埋藏量的4.7%。其中，末次冰期低海平面期贡献了该区域总OC埋藏量的58%。研究创新性提出"海平面-沉积通量-气候扰动"的三重耦合机制，可解释黄海OC埋藏效率比全球平均高2.3倍的驱动因素。特别在8.4ka BP以来高海平面期，气候波动导致的OC通量年际变异系数达0.38，显著高于全球其他陆架海（0.21-0.29）。

科学意义与机制启示
本研究首次在陆架海环境中建立海平面变化与OC埋藏通量的定量关系模型，揭示出当海平面上升速率超过年均3cm时，陆源OC通量将呈现指数衰减趋势（衰减系数0.18/ka）。这一发现为预测未来海平面上升情景下的陆架海碳汇功能变化提供了关键参数。同时，研究证实气候突变事件（如 abrupt cooling）可突破海平面主导的沉积模式，通过植被类型转变和物理再悬浮过程的耦合，在短期内提升OC埋藏效率达40%。这些发现对理解陆架海碳循环对气候变化的响应机制具有重要启示。

结论
黄海陆架海OC埋藏过程呈现显著的多尺度耦合特征：海平面变化通过控制沉积通量主导OC埋藏的长期格局（千年尺度）；气候波动通过影响陆源植被类型和物理再悬浮强度调控OC通量的百年尺度振荡；而突发气候事件（如 abrupt cooling）可导致OC埋藏的短期非线性响应。研究证实陆架海OC埋藏存在"海平面-沉积动力"与"气候-水文过程"的双调控机制，为量化未来气候变化情景下陆架海碳汇功能提供了理论框架和实践依据。特别在应对全球变暖背景下，研究提出的"海平面上升速率阈值"（3cm/ka）可为政策制定者评估陆架海生态工程干预措施提供科学依据。