Biogeochemical silicon (Si) cycling in coastal systems is highly influenced by anthropogenic perturbations in recent decades. Here, we present a systematic study on the distribution of stable Si isotopes of dissolved silicate (δ30SiDSi) in a highly eutrophic coastal system, the Baltic Sea. Besides the well-known processes, diatom production and dissolution regulating δ30SiDSi values in the water column, we combined field data with a box model to examine the role of human disturbances on Si cycling in the Baltic Sea. Results reveal that (1) damming led to increased δ30SiDSi values in water but had little impacts on their vertical distribution; (2) decrease in saltwater inflow due to enhanced thermal stratification had negligible impacts on the δ30SiDSi distribution. An atypical vertical distribution of δ30SiDSi with higher values in deep water (1.57–1.95‰) relative to those in surface water (1.24–1.68‰) was observed in the central basin. Model results suggest the role of enhanced biogenic silica (BSi) deposition and subsequently regenerated dissolved silicate (DSi) flux from sediments. Specifically, eutrophication enhances diatom production, resulting in elevated exports of highly fractionated BSi to deep water and sediments. In situ sedimentary geochemical processes, such as authigenic clay formation, further fractionate Si isotopes and increase pore-water δ30SiDSi values, which then leads to pore-water DSi flux carrying higher δ30SiDSi compositions into deep water. Our findings provide new quantitative information on how the isotope-based Si cycle responds to human perturbations in coastal seas and shed lights on shifts of Si export to open ocean. (Less)

中文翻译：

---

人类干扰对近海硅同位素生物地球化学硅循环的影响

近几十年来，沿海系统中的生物地球化学硅 (Si) 循环受到人为扰动的高度影响。在这里，我们对高度富营养化的沿海系统波罗的海中溶解硅酸盐 (δ30SiDSi) 的稳定 Si 同位素分布进行了系统研究。除了众所周知的过程、硅藻生产和溶解调节水体中 δ30SiDSi 值外，我们将现场数据与箱模型相结合，研究了人为干扰对波罗的海硅循环的作用。结果表明：（1）筑坝导致水中δ30SiDSi值增加，但对其垂直分布影响不大；(2) 由于热分层增强导致的盐水流入量减少对 δ30SiDSi 分布的影响可以忽略不计。δ30SiDSi 在深水中具有较高值的​​非典型垂直分布 (1. 57–1.95‰) 相对于地表水 (1.24–1.68‰) 在中央盆地观察到。模型结果表明增强的生物二氧化硅 (BSi) 沉积和随后从沉积物中再生的溶解硅酸盐 (DSi) 通量的作用。具体来说，富营养化会增加硅藻的产量，导致高分馏 BSi 向深水和沉积物的出口增加。原位沉积地球化学过程，如自生粘土形成，进一步分离 Si 同位素并增加孔隙水 δ30SiDSi 值，然后导致孔隙水 DSi 通量携带更高的 δ30SiDSi 成分进入深水。我们的研究结果提供了关于基于同位素的 Si 循环如何响应沿海海域人类扰动的新定量信息，并阐明了 Si 出口向公海的转变。（较少的）95‰) 相对于地表水 (1.24–1.68‰) 在中央盆地观察到。模型结果表明增强的生物二氧化硅 (BSi) 沉积和随后从沉积物中再生的溶解硅酸盐 (DSi) 通量的作用。具体来说，富营养化会增加硅藻的产量，导致高分馏 BSi 向深水和沉积物的出口增加。原位沉积地球化学过程，如自生粘土形成，进一步分离 Si 同位素并增加孔隙水 δ30SiDSi 值，然后导致孔隙水 DSi 通量携带更高的 δ30SiDSi 成分进入深水。我们的研究结果提供了关于基于同位素的 Si 循环如何响应沿海海域人类扰动的新定量信息，并阐明了 Si 出口向公海的转变。（较少的）95‰) 相对于地表水 (1.24–1.68‰) 在中央盆地观察到。模型结果表明增强的生物二氧化硅 (BSi) 沉积和随后从沉积物中再生的溶解硅酸盐 (DSi) 通量的作用。具体来说，富营养化会增加硅藻的产量，导致高分馏 BSi 向深水和沉积物的出口增加。原位沉积地球化学过程，如自生粘土形成，进一步分离 Si 同位素并增加孔隙水 δ30SiDSi 值，然后导致孔隙水 DSi 通量携带更高的 δ30SiDSi 成分进入深水。我们的研究结果提供了关于基于同位素的 Si 循环如何响应沿海海域人类扰动的新定量信息，并阐明了 Si 出口向公海的转变。（较少的）68‰)在盆地中部观测到。模型结果表明增强的生物二氧化硅 (BSi) 沉积和随后从沉积物中再生的溶解硅酸盐 (DSi) 通量的作用。具体来说，富营养化会增加硅藻的产量，导致高分馏 BSi 向深水和沉积物的出口增加。原位沉积地球化学过程，如自生粘土形成，进一步分离 Si 同位素并增加孔隙水 δ30SiDSi 值，然后导致孔隙水 DSi 通量携带更高的 δ30SiDSi 成分进入深水。我们的研究结果提供了关于基于同位素的 Si 循环如何响应沿海海域人类扰动的新定量信息，并阐明了 Si 出口向公海的转变。（较少的）68‰)在盆地中部观测到。模型结果表明增强的生物二氧化硅 (BSi) 沉积和随后从沉积物中再生的溶解硅酸盐 (DSi) 通量的作用。具体来说，富营养化会增加硅藻的产量，导致高分馏 BSi 向深水和沉积物的出口增加。原位沉积地球化学过程，如自生粘土形成，进一步分离 Si 同位素并增加孔隙水 δ30SiDSi 值，然后导致孔隙水 DSi 通量携带更高的 δ30SiDSi 成分进入深水。我们的研究结果提供了关于基于同位素的 Si 循环如何响应沿海海域人类扰动的新定量信息，并阐明了 Si 出口向公海的转变。（较少的）模型结果表明增强的生物二氧化硅 (BSi) 沉积和随后从沉积物中再生的溶解硅酸盐 (DSi) 通量的作用。具体来说，富营养化会增加硅藻的产量，导致高分馏 BSi 向深水和沉积物的出口增加。原位沉积地球化学过程，如自生粘土形成，进一步分离 Si 同位素并增加孔隙水 δ30SiDSi 值，然后导致孔隙水 DSi 通量携带更高的 δ30SiDSi 成分进入深水。我们的研究结果提供了关于基于同位素的 Si 循环如何响应沿海海域人类扰动的新定量信息，并阐明了 Si 出口向公海的转变。（较少的）模型结果表明增强的生物二氧化硅 (BSi) 沉积和随后从沉积物中再生的溶解硅酸盐 (DSi) 通量的作用。具体来说，富营养化会增加硅藻的产量，导致高分馏 BSi 向深水和沉积物的出口增加。原位沉积地球化学过程，如自生粘土形成，进一步分离 Si 同位素并增加孔隙水 δ30SiDSi 值，然后导致孔隙水 DSi 通量携带更高的 δ30SiDSi 成分进入深水。我们的研究结果提供了关于基于同位素的 Si 循环如何响应沿海海域人类扰动的新定量信息，并阐明了 Si 出口向公海的转变。（较少的）富营养化提高了硅藻的产量，导致高度分馏的 BSi 向深水和沉积物的出口增加。原位沉积地球化学过程，如自生粘土形成，进一步分离 Si 同位素并增加孔隙水 δ30SiDSi 值，然后导致孔隙水 DSi 通量携带更高的 δ30SiDSi 成分进入深水。我们的研究结果提供了关于基于同位素的 Si 循环如何响应沿海海域人类扰动的新定量信息，并阐明了 Si 出口向公海的转变。（较少的）富营养化提高了硅藻的产量，导致高度分馏的 BSi 向深水和沉积物的出口增加。原位沉积地球化学过程，如自生粘土形成，进一步分离 Si 同位素并增加孔隙水 δ30SiDSi 值，然后导致孔隙水 DSi 通量携带更高的 δ30SiDSi 成分进入深水。我们的研究结果提供了关于基于同位素的 Si 循环如何响应沿海海域人类扰动的新定量信息，并阐明了 Si 出口向公海的转变。（较少的）然后导致孔隙水 DSi 通量携带更高的 δ30SiDSi 成分进入深水。我们的研究结果提供了关于基于同位素的 Si 循环如何响应沿海海域人类扰动的新定量信息，并阐明了 Si 出口向公海的转变。（较少的）然后导致孔隙水 DSi 通量携带更高的 δ30SiDSi 成分进入深水。我们的研究结果提供了关于基于同位素的 Si 循环如何响应沿海海域人类扰动的新定量信息，并阐明了 Si 出口向公海的转变。（较少的）