海洋沉积物碳循环过程数值模型的研究进展

徐思南; 吴自军; 张喜林; 孙伟香; 耿威; 曹红; 翟滨; 孙治雷

doi:10.3799/dqkx.2022.292

地球科学 ›› 2024, Vol. 49 ›› Issue (04) : 1431 -1447. DOI: 10.3799/dqkx.2022.292

海洋沉积物碳循环过程数值模型的研究进展

徐思南 ¹^,²^,³ ,
吴自军 ² ,
张喜林 ¹^,³ ,
孙伟香 ⁴ ,
耿威 ¹^,³ ,
曹红 ¹^,³ ,
翟滨 ¹^,³ ,
孙治雷 ¹^,³

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Advances in Numerical Modelling of Carbon Cycling Processes in Marine Sediments

Sinan Xu ¹^,²^,³ ,
Zijun Wu ² ,
Xilin Zhang ¹^,³ ,
Weixiang Sun ⁴ ,
Wei Geng ¹^,³ ,
Hong Cao ¹^,³ ,
Bin Zhai ¹^,³ ,
Zhilei Sun ¹^,³

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摘要

海洋沉积物不仅是各种不同来源有机碳的重要埋藏场所，也是一个十分活跃的生物地球化学反应器，在全球海洋碳循环中扮演着重要角色.相对传统的地球化学测试和定性描述方法，数值模型可以突破时间和空间的限制，定量获取海洋沉积物中各个碳循环过程的反应速率及其通量，因此日益受到学界的重视.海洋沉积物有机质降解是驱动碳循环最为关键的生物地球化学过程，其释放进入周围孔隙水的溶解无机碳一部分可扩散至沉积物上覆水体，另一部分可与钙、镁等离子沉淀形成自生碳酸盐矿物.首先综述目前主要的3类沉积物有机质降解模型（离散性有机质降解模型、连续性有机质降解模型和Power模型）的建模过程及其在全球海洋沉积物有机质降解过程中的应用；接着从有机质降解相关的初级与次级反应出发，介绍沉积物中与有机质降解相关的地球化学过程反应速率模型的刻画方法，并从碳酸盐平衡体系和同位素质量平衡模式角度，探讨了沉积物有机质降解过程对自生碳酸盐形成及其碳同位素的影响；最后分析了当前阶段数学模型在描述有机质降解过程和自生碳酸盐形成中存在的问题和不足，并在此基础上展望未来亟需加强的研究要点，希企为深入理解海洋碳循环与全球气候变化相互反馈，建立可靠的海洋碳循环和生物地球化学预测系统提供有益的科学支撑.