近日，中国科学院海洋研究所宋金明研究团队联合德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心（GEOMAR）在地学领域Nature Index期刊Geochimica et Cosmochimica Acta发表了题为“Variations in isoprenoid tetraether lipids through the water column of the Western Pacific Ocean: implications for sedimentary TEX₈₆ records”的研究成果，在揭示西太平洋水柱中古菌膜脂—甘油二烷基甘油四醚（GDGTs）控制因素的基础上，发现次表层水体GDGTs的输出控制了沉积物中基于GDGTs的古温度指标TEX₈₆，因此，沉积物中TEX₈₆精确记录了次表层海水温度而非表层海水温度（SST）。

重建地质时期的海水温度对于了解地球环境演变与气候变化具有重要意义。由于古菌膜脂组分GDGTs的构成对温度响应敏感，基于此构建的TEX₈₆温度指标被古海洋学家广泛用于重建海水温度。早期的研究认为沉积物中埋藏的GDGTs主要来源于海洋上表混合层，因此TEX₈₆记录的是表层海水温度。然而，随着研究的深入，发现次表层以及深层水中的GDGTs也可埋藏进入沉积物中， TEX₈₆反演的也可能是次表层水温。为进一步探究这一科学假设，本研究在西太平洋三个全水柱采集了悬浮颗粒物样品，进行了颗粒态GDGTs与古菌群落结构分析，并对邻近区域已有报道的表层沉积物GDGTs数据进行汇总归纳和解析。

研究发现，水柱中GDGTs主要来源于奇古菌，GDGTs浓度的最大值通常出现在次表层150米到200米附近，与亚硝酸盐浓度和古菌丰度最大值深度相一致，显示水柱中GDGTs受到古菌原位生产的调控（图1，2）。GDGTs的两个组分GDGT-2与GDGT-3的比值[2/3]随水深的增大而逐渐增大（图3）。统计分析表明，这一构成的变化可能与古菌群落的转变相关。先前的研究已发现奇古菌可分为浅水型和深水型两类生态型，这表明深水型奇古菌可能优先合成GDGT-2。

图1 西太平洋研究站位水柱中GDGTs浓度及构成变化

图2 西太平洋研究站位水柱中古菌丰度及群落结构变化

为确定沉积物中GDGTs起源的水层，本研究基于颗粒物和沉积物中[2/3]比值，采用输出模型对水柱中GDGTs的输出深度进行了识别，结果显示水柱中的GDGTs主要由次表层（150米到200米）输出至沉积物中（图3）。进一步统计分析发现，沉积物中的TEX₈₆指标与海水次表层30年平均水温的相关性远优于表层水温（图4），揭示了大洋沉积物中的TEX₈₆可更精确地记录次表层水温而非表层水温SST。这一发现对将来古海洋温度重建和古气候变化研究具有重要科学意义。

图3 西太平洋水柱中原位温度、TEX₈₆反演温度与[2/3]比值的垂直变化

图4 沉积物中TEX₈₆指标与不同水层海水年均温度的关系

论文第一作者为海洋研究所郭金强博士（现为GEOMAR博士后），袁华茂研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目联合支持。

论文信息：

Guo, J. Q., Wang, Z. Y., Achterberg, E. P., Yuan, H. M., Song, J. M., Wang, Y. N., Li, X. G., Duan, L. Q., and Qu, B. X. (2024). Variations in isoprenoid tetraether lipids through the water column of the Western Pacific Ocean: implications for sedimentary TEX86 records. Geochimica et Cosmochimica Acta. 368: 24-33. https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.01.013.