海洋生物气溶胶增加可能导致晚新生代全球变冷的模型计算

整合海洋碳、锶、锇同位素记录的地球化学元素循环模型表明,晚新生代大陆化学风化通量随着全球物理侵蚀的增强而升高,促使更多的营养元素磷输入到海洋中,引起海洋生物生产力的爆发,而浮游生物产生大量的二甲基硫最终导致海洋上空的大气气溶胶浓度急剧上升。气溶胶浓度增加一方面会增加云的覆盖率和反射率,据初步估计,该效应导致距今7 Ma 内地表接收的太阳能减少了16.5 Wm-2,相当于全球平衡温度降低13 ℃;另一方面会抑止云层的降水效能,有利于水汽向高纬地区传输并形成降雪,最终促进两极冰盖生长,从而驱动新生代晚期全球性的气候变冷。     

海洋中磷的循环与沉积作用

磷在海洋中的循环与沉积主要是靠生物作用进行的。海洋表层水中的溶解磷几乎全部被海洋植物摄取，海洋植物及动物死亡后最终以生物碎屑的形式沉入海底，在其沉降和到达深层水的过程中大部分被分解、破坏，变成可溶组分又重新返回海水，使深层水中磷浓度提高。含磷浓度高的深层水被上升洋流带到表层后又被生物吸收，重复循环。当上升洋流抵达大陆边缘，特别是遇有陆缘坻存在时，磷等营养物质滞留，导致磷质生物大量繁衍，死亡后沉积，并经成岩作用，便形成大规模的工业磷块岩矿床     

全球海洋硅循环及研究中面临的主要挑战

海洋硅循环是海洋生物地球化学循环的关键过程之一,对调控全球二氧化碳浓度、海洋酸碱度和多种元素(氮、磷、铁、铝等)的循环具有重要作用。在当今气候变化和人类活动影响日益增强的背景下,硅循环与“生物泵”及碳循环的紧密联系,是其成为地球科学领域研究热点的主要原因。海洋中硅的外部来源主要为河流、地下水、大气沉降、海底玄武岩风化作用和海底热液输送5个途径,在全球气温变暖趋势的影响下,极地冰川融化成为高纬度海域不可忽视的硅源。生物硅在沉积物中的埋藏、硅质海绵和生物硅的反风化作用是重要的海洋硅移除过程。海洋硅循环过程复杂,受生物(生物吸收、降解)、物理(吸附、溶解)和化学(矿化分解和反风化作用)多重因素的影响,针对海洋硅循环关键过程的研究有助于综合评估海洋硅的“源-汇”和收支。本文总结了海洋硅循环的主要过程及海洋硅的收支,根据国际和国内研究现状讨论了当前海洋硅循环研究中面临的主要问题和挑战。现有研究成果显示,海洋硅的外源输入和输出通量比以往的评估分别增加了2.4和2.2倍。在短时间尺度内(<8 ka),全球海洋中硅的收支大致平衡,海洋硅循环基本处于稳定状态。气候变化和人类活动导致河流输送至陆架边缘海的硅通量发生变化,可能影响硅藻等海洋浮游植物种群结构,是未来海洋硅循环研究需要关注的问题之一。陆架边缘海较高沉积速率和强烈的反风化作用提高了该区域生物硅的埋藏效率,准确评估该区域生物硅的埋藏通量仍是亟须解决的难题。目前的研究评估了全球海洋浮游硅藻、硅质海绵以及放射虫生产力,而海洋底栖硅藻生产力的贡献受到忽视,未来需要关注底栖硅藻对生物硅的贡献及其在海洋硅的生物地球化学过程中的作用。     

晚中新世以来亚洲季风阶段性演化的海陆记录

本文在综合对比晚新生代以来中国黄土高原黄土一红粘土沉积、西北太平洋粉尘沉积、南海有孔虫、阿拉伯海有孔虫记录的基础上,探讨了大约8Ma以来亚洲季风的阶段性演化历史。结果发现,黄土高原粉尘沉积在8Ma前后大规模出现,在3．5Ma前后大幅增加;印度季风在8Ma前后形成(或显著加强);南海ODP1146站位浮游有孔虫Neoglcboquadrina丰度也有两次明显增加,表明海水表面温度不断降低和海洋生产力的增加,指示东亚冬季风作用增强。北太平洋()DP885／886钻孔风成粉尘通量也有增加,指示亚洲内陆进一步的干旱化和冬季风作用的增强。印度洋沉积通量在11Ma前后开始增加。在9～8Ma时出现峰值,表明喜马拉雅山和青藏高原南部逐渐隆起。当隆起达到足够高度时,导致亚洲内陆干旱气候带扩大,同时提供大量粉尘并向东传输到中国北方和北太平洋地区。青藏高原北缘山前盆地的沉积记录显示,在3．6Ma时,高原北部的进一步快速隆升过程可能影响到整个高原,从而导致亚洲内陆更加干旱化,东亚季风增强,粉尘沉积加快,南海及印度洋陆源沉积作用加剧。     

海洋沉积物—海水界面附近氮、磷、硅的生物地球化学

海洋沉积物中的N和P随沉积物的粒度由粗到细,含量逐渐升高,而Si则降低;积物中N、P、Si的含量还随海区、输入源、季节、动力学过程及生物生产过程不同而变化.控制海洋沉积物-海水界面N、P、Si沉积、释放及循环的因素,包括有机质和溶解氧的浓度、有机质中C、N、P、Si的相对比例、沉积物-海水界面附近的氧化还原环境、生物扰动、温度、水深、pH值、不同形态S的浓度、金属离子以及水动力条件等.一般其综合作用的表现是,沉积物-海水界面之间NH+4、PO3-4和Si(OH)4从沉积物向上覆水扩散转移,而硝酸盐和亚硝酸盐的通量方向相反,通量的大小随着海区的不同差别较大.     

全球海水剖面Fe同位素组成的不均一性及其影响因素

全球海水剖面Fe同位素组成存在显著不均一性.对大西洋洋中脊、大西洋近海岸带、东太平洋和西太平洋弧后扩张中心多个站位的海水剖面溶解Fe浓度和Fe同位素组成进行了综合分析,得出以下主要认识:（1）不同区域的海水剖面溶解Fe浓度和Fe同位素组成呈现不同的变化特征,海水Fe同位素的变化趋势与海水溶解氧浓度变化一致,而与海水溶解Fe浓度呈镜像变化关系;（2）不同深度的海水溶解Fe浓度和Fe同位素组成特征的主要控制因素不同.表层海水受到大气降尘、生物作用影响呈现富重Fe同位素特征,受河流的影响Fe同位素组成偏轻;深层海水主要受到深海沉积和海底热液活动的影响,其中沉积物中的非还原溶解Fe导致海水富集重Fe同位素,而受洋中脊热液流体影响的深部海水显著富集轻Fe同位素;（3）将目前已知海底热液溶解Fe通量最小值（0.5 Gmol/a）作为全球大洋的热液溶解Fe通量,利用不同来源的溶解Fe同位素与其通量间的关系估算海底热液对海洋的Fe循环的贡献为~5.5%.由于海底热液流体的Fe通量可能远大于0.5 Gmol/a,因此,海底热液活动对海洋溶解Fe的贡献可能远超过前人的估算结果（6.0%）.      

海洋沉积物中色素生物标志物研究进展

海洋沉积物中的光合色素包含着水体、沉积物中浮游和底栖植物以及微生物群落的丰富信息,能表征特定生物来源,在埋藏到沉积物甚至发生某些改变之后仍然保留其源信息,是一类重要的化学生物标志物.结合总有机碳、总氮等其他海洋地球化学参数,沉积色素可用来研究海洋浮游植物和光合细菌的群落组成和丰度,反演海洋初级生产、水体富营养化水平及其历史趋势,指示水体和沉积物氧化还原条件,揭示海域气候条件等现状及其历史变化.沉积色素的研究,对于掌握海洋中碳的生物地球化学循环过程,回溯古环境、古海洋、古生态以及古气候记录,制定合理的海洋管理政策具有十分重要的意义.阐述了沉积物中色素的分类、来源、性质和分析方法,分析了色素在沉积物中的保存和变化规律,探讨总结了沉积色素作为化学生物标志物在海洋学研究中的应用.     

海洋Nd同位素演化及古洋流循环示踪研究

海洋Nd同位素演化已经成为示踪陆源风化输入和洋流循环改变的最重要的手段之一,得到了越来越多的应用,并取得了许多重要的成果。海水的Nd同位素组成主要受陆源输入物质控制,热液输入几乎可以忽略。由于Nd在海洋中的停留时间(约500～1000a)略小于海水的平均混合时间(约1500a),且各洋盆有不同的Nd同位素风化输入,因此现代各大洋海水具有不同的Nd同位素组成。在陆源输入稳定的情况下,可以利用海水的Nd同位素组成和演化来示踪水体的混合或洋流循环的改变。目前主要依靠对海洋中水成铁锰结壳、海洋钙质有孔虫壳体、磷酸质鱼骨头或鱼牙齿化石以及沉积物中铁锰氧化物组分等的研究来恢复和反演古海水的Nd同位素组成和演化。4种分析材料各有其优缺点。其中,通过对水成铁锰结壳的Nd同位素分析,基本建立了各大洋新生代以来的主要洋流的Nd同位素组成的长尺度演化。通过有孔虫壳体、鱼化石碎片和沉积物中Fe-Mn氧化物组分可以进行高时间分辨率的古海水Nd同位素演化示踪。利用海水Nd同位素演化可以示踪古洋流通道的开启或闭合,以及获得水体交换的直接信息,为研究构造运动与气候变化之间的关系提供指示。同时,将海水Nd同位素演化与气候变化的指标结合起来,可以用于示踪各种气候条件下洋流循环的改变,将洋流循环的改变与气候变化联系起来,研究两者之间的成因关系。对表层水体的Nd同位素组成的研究则可以示踪不同气候条件下大陆陆源风化输入的改变。     

晚新生代黄土高原风尘堆积与粉尘源区干旱化问题

基于黄土高原风尘堆积的岩性和磁性地层研究 ,计算了晚新生代黄土高原风尘堆积速率变化 ,并与深海沉积记录的粉尘通量变化对比 ,初步探讨了海陆风尘沉积记录的晚新生代亚洲内陆粉尘源区的干旱化过程 ,揭示出自 4 5MaB P 以来粉尘源区干燥度的逐级增加 ,尤其是在 3 6 2 6MaB P 时段黄土高原风尘沉积速率和ODP885 / 886孔粉尘通量的显著增加 ,暗示可能由于青藏高原在此时段加速隆升所造成的亚洲内陆粉尘源区干燥度的急剧加强。     

浙江煤山二叠-三叠系界线剖面有机和无机碳同位素变化与古环境

浙江长兴煤山 D剖面 196个碳酸盐岩样品无机和有机碳同位素δ13Ccarb和δ13Corg变化趋势表明,煤山地区晚二叠世末为比较封闭的局限海沉积环境,早三叠世初期经局限和开阔海环境交替出现渐变为海水循环良好的广海沉积环境.长兴期的海进作用使海洋初始生产率升高,可能是引起长兴组葆青段碳同位素变重的主要原因;海洋 CO2浓度增高可能是长兴组煤山段δ13Corg出现负漂移的原因.二叠纪末期全球性海平面下降以及火山作用可能是使生态系统崩溃、引起二叠-三叠系 (P- T)界线附近生物绝灭的外部原因,也是使海洋中 12C输入量增加导致过渡层碳同位素变轻的主要原因.二叠纪晚期生物绝灭经历了由渐变到突变的过程.δ13Corg在生物绝灭后才出现大幅度负漂移,可能是由于营光合作用的浮游植物不一定因海洋缺氧以及其他生物的绝灭而停止生长,当海水酸度超过浮游生物忍耐限度时,才导致浮游生物大量死亡.殷坑组δ13Corg和δ13Ccarb呈上升趋势,说明经历过 P- T生物大绝灭后,早三叠世海洋生产率逐渐升高,生物开始复苏.