北极拉普捷夫海夏、秋季颗粒有机碳的分布与来源

随着全球变暖的加剧,北极陆架边缘海碳的源汇过程对全球碳循环的影响及其气候环境效应日益显著。拉普捷夫海作为北冰洋典型的陆架边缘海,在大河、海冰、海洋初级生产力及海岸侵蚀的影响下,该区沉积有机碳的来源、输运和埋藏等过程独具特色。本文基于2018年中俄第二次北极联合科考获得的悬浮颗粒物样品和水文资料,研究了夏末秋初拉普捷夫海颗粒有机碳的分布特征、来源及其影响因素。结果表明,颗粒有机碳（POC）的浓度位于35.27～1 185.58 μg/L之间,平均为172.65 μg/L。受河流输入、海岸侵蚀和海洋初级生产力的影响,表层POC浓度分布呈现近岸高、远岸低趋势;底层POC浓度分布主要受控于沉积再悬浮作用,高浓度POC出现在勒拿河三角洲的东部区域。总悬浮颗粒物浓度与POC浓度总体呈显著正相关,显示出其对POC空间分布的直接影响,且两者在底层中的相关性要高于表层,表明不同层位的POC可能存在来源差异。研究区POC的δ13C值处于?31.03‰～?25.79‰之间,表层δ13C值较底层明显偏负,且部分站位的δ13C值甚至低于周边陆源有机碳的端元,这反映了可能除陆源输入的贡献外,近海浮游植物直接利用大量陆源有机质降解产生的溶解无机碳的过程也对该区域POC的供应和来源解析具有重要的影响。     

大河影响下的边缘海沉积有机碳输运与埋藏及再矿化研究进展

大河影响下的边缘海是陆源输入物质的主要储库,也是有机碳埋藏和再矿化的主要场所,在全球碳的生物地球化学循环中有着重要作用。从有机碳的输运、埋藏和再矿化等方面综述了大河影响下的边缘海沉积有机碳生物地球化学研究的最新进展。研究表明,有机碳的来源、组成、粒径和密度分布等显著影响着有机碳的分布特征和归宿,大河影响下的边缘海中移动泥等特殊沉积环境在有机碳的输运、埋藏和再矿化分解等方面发挥了独特的作用;微生物分解作用则是边缘海沉积有机碳,特别是难降解陆源有机碳发生分解的重要因素。综合运用分子生物学、有机地球化学、生物地球化学等多学科研究手段,深入研究特定微生物、浮游生物功能类群等在大河影响下的边缘海沉积有机碳生物地球化学过程中的作用,将极大地丰富对河口和陆架边缘海生源要素生物地球化学循环的认识。     

应用木质素示踪楚科奇海表层沉积物中有机碳的来源和降解程度

埋藏在海洋沉积物中的有机碳是大气二氧化碳的净汇,而埋藏过程主要发生在陆架区。北冰洋拥有全球最大的陆架,接收大量来自河流和沿岸侵蚀输运的陆源有机碳,楚科奇海作为北冰洋的边缘海,是有机碳埋藏的重要海区之一。本研究选用楚科奇海和海台的表层沉积物（陆架区33~82.69 m,陆坡区164.63~3 763 m）,通过木质素,结合粒度、比表面积、有机碳百分含量（OC%）、有机碳稳定同位素（δ13C）等指标来示踪楚科奇海沉积物有机碳的来源和降解程度。结果表明,有机碳载荷从陆架到陆坡有明显的降低趋势;δ13C的范围指示有机碳可能来自苔藓、草本裸子植被、浮游植物和冰藻等;木质素丁香基酚（S）与香草基酚（V）的比值（S/V）和肉桂基酚（C）与香草基酚（V）的比值（C/V）表明裸子植物的草本组织贡献了更多的陆源有机碳;此外,较高含量的C9DA二酸（干酪根氧化产物）表明干酪根也可能是楚科奇海表层沉积物中有机质来源的重要组成。指示降解的参数[（Ad/Al） s、（Ad/Al） v、（Ad/Al） p、3,5-Bd/V]在陆架和陆坡沉积物中的差异表明陆坡沉积物中有机质的降解过程受到水动力分选以及原位降解等因素的影响更为明显。     

长江、老黄河口及东海陆架沉积有机质物源指标及有机碳的沉积环境

利用2002年9月“东方红2号”调查船调查中获得的沉积物样品,定量研究了长江、老黄河口以及东海陆架沉积物中正构烷烃和无环类异戊二烯烷烃(姥鲛烷和植烷)两种天然示踪物,结果表明:(1)各采样站位样品的碳数范围为n-C14~n-C34,主要可分为陆源单峰、双峰和石油污染等3种类型。(2)长江口东南软泥区和浙江沿岸软泥区沉积物样品中高碳正构烷烃n-C27、n-C29和n-C31含量较高,奇碳优势显著,表明其来源以陆源高等植物输入占优势;相反,“东海冷涡”泥质区和黄海中南陆架区沉积物样品中的低碳正构烷烃n-C17、n-C18和n-C19含量较高,奇偶优势不明显,表明其来源主要以浮游生物和细菌为主。冲绳海槽泥质区沉积物样品中高碳与低碳正构烷烃的含量几乎相当,表明其来源为海洋低等生物和陆地高等植物共同输入,其中陆源物质是从东海陆架经底流搬运而来的。(3)有机质的堆积受控于物质供应和沉积环境两大因素。东海中陆架区沉积物中正构烷烃总量和有机碳含量为最低,这是由于台湾暖流的顶托,使黄河和长江两大物质扩散系统对该区的物质供应量减少,沉积速率低,潮流冲刷作用强,沉积物保存有机碳的能力较差;表层沉积物中正构烷烃及有机碳的最高值分别出现在浙江沿岸软泥区(E 5站)和冲绳海槽泥质区(P 4站);“东海冷涡”泥质区沉积环境最为适宜,但是陆源有机质供应则相对较少。     

渤海、黄海、东海沉积物中矿物组合的研究

本文对黄海、渤海、东海以及长江、黄河、辽河表层沉积物中的轻、重矿物进行了研究。分析资料表明,调查区内共有三种类型的矿物:陆源矿物、自生矿物和海底火山喷发形成的火山型矿物。根据轻、重矿物组合的差异,可把调查区分成8个矿物区。其物质来源主要为黄河与长江。黄河物质主要沉积在黄海、渤海;长江物质沉积在东海陆架区,而冲绳海槽则发现有海底火山喷发物质与浊流沉积。     

大河影响下的陆架边缘海沉积有机碳的再矿化作用

大河影响下的陆架边缘海(RiOMars)是陆源有机碳的主要沉积汇,是陆海相互作用最重要的区域,在全球碳的生物地球化学循环中发挥着重要作用。受到RiOMars系统内频繁的物理和生物等改造作用的影响,该区沉积的有机碳并没有得到很好地保存而被永久埋藏,而是发生了显著的再矿化分解。本文首先对目前常用的基于O2消耗速率和CO2产生速率的两类测定RiOMars系统沉积有机碳再矿化速率的方法进行了介绍,分析了各自的优缺点和适用性,进而从碳的形态转化、表层沉积物混合均匀、形成次氧化的氧化还原条件、有机碳保存效率低、发生反风化作用和微生物发挥着重要作用等几个方面对RiOMars系统沉积物发生再矿化作用时的主要过程和特征进行了剖析,以期深入认识边缘海的再矿化作用及其对边缘海碳汇的影响。     

东海内陆架泥质区百年来黏土矿物组成变化及其环境意义

东海内陆架泥质区是东海现代沉积的"汇",其中黏土组分是泥质区沉积物的重要组成部分。沉积物中黏土矿物组合是反映沉积区物质来源和搬运动力状况的良好指标。本文利用XRD方法分析了东海内陆架泥质区两根沉积物岩心中黏土矿物组成和含量变化,结合放射性年代标定,揭示了近百年来黏土矿物组成的演变特征,探讨了黏土矿物的来源及其含量变化的制约因素。结果表明:东海内陆架泥质区沉积物以长江来源物质为主,受黄河及瓯江等河流物质的影响;近百年来内陆架泥质区黏土矿物组合发生显著阶段性变化,它们是东亚季风强弱波动和长江入海悬沙减少的共同作用的结果。     

长江和黄河入海沉积物的物源识别研究进展

长江和黄河每年输送近16亿t泥沙入海,是中国东部陆架海区最主要的陆源物质供应者.长江和黄河沉积物的物源识别一直是中国东部陆架海区沉积学热点问题之一,受到了广泛的关注.近年来,众多国内外学者运用矿物学、地球化学以及环境磁学等方法,对长江和黄河入海沉积物的物源识别做了深入研究,已经取得长足进展.在综合前人研究成果的基础上,...     

末次冰期以来南海东北部陆源有机碳埋藏通量演变:海平面和季风驱动

大陆边缘盆地是大陆风化剥蚀产物的主要沉积汇,其中有机碳的埋藏通量及其控制机制的研究对于理解全球碳循环具有重要科学意义。本研究基于南海东北部台西南盆地TWS-1岩芯的AMS14C测年、总有机碳、总氮含量和稳定碳同位素组成的分析,探讨了末次盛冰期23ka BP以来南海东北部陆源有机碳的来源、历史和影响机制。与潜在物源端元对比表明,台湾是研究站位沉积物陆源有机碳的主要物源,相对海源其贡献比例约为58%,陆源物质可能主要通过海底峡谷水道和低海平面时期陆架河流输入。重建的陆源有机碳通量在末次冰消期早期(19—13kaBP)和中全新世(7—4ka BP)期间有两个峰值,分别约0.16g/(cm2·ka)和0.09g/(cm2·ka)。综合分析表明,二者分别受控于冰期低海平面时期增强的陆架风化剥蚀和全新世季风强盛期降水驱动的古台湾岛剥蚀。我们的工作表明冰期-间冰期循环中海平面和季风分别驱动的大陆边缘有机碳埋藏可能对全球碳循环和大气CO2浓度演变有重要影响。     

海南岛近海海域7个沉积岩芯的现代沉积速率及其分布特征

利用多道α能谱仪,对2005年8～9月在海南岛近海采集的7个沉积岩芯进行了210Pb的沉积速率测定,探讨了海南岛近海陆架上现代沉积速率的区域性分布特征,结果表明:位于港湾内的B1168站位由于沉积物供应充足,有最高的沉积速率,达2.9 cm/a;位于河口海湾附近且受沿岸流影响的B289站位,有很高的沉积速率,可达1.6 cm/a,沉积环境较稳定;位于西南海底沙脊区北缘且靠近昌化江河口的B97、B135、B10站位也有较高沉积速率,分别达到1.0、0.89和0.47 cm/a,在表层都出现了210Pb放射性活度倒置的现象,表明所处区域有较强混合作用;处于西南外陆架的C4站位受北部湾环流影响,沉积速率为0.6 cm/a;位于东部外陆架的B377站位处于上升流区,沉积速率较低,为0.21 cm/a.可见,海南岛近海陆架上的现代沉积速率存在着明显的区域分布:在物质来源丰富的沿岸流作用区和河口区附近,现代沉积速率很高;在陆架环流沉积作用区,现代沉积速率也较高;在水深较大的外陆架上,由于沉积物供应相对匮乏,沉积速率一般较低;在近岸潮流沙脊区,由于水动力很强,无法形成现代细粒沉积.同时,在陆架上,沉积速率有随着水深的增加而降低的趋势.由此可见,海南岛近海海域的沉积速率与该区的物质供应、水动力条件和海底地形等因素有密切关系.     

由东海、黄海沉积物中有机碳含量及稳定同位素组成重建200a以来初级生产力历史记录

从20世纪80年代以来古生产力的重建研究一直是国内外海洋生态学研究的热点,但已有的大多数研究是在深海区;而陆架区的特点是来自陆源物质的影响往往比较明显,因此,研究难度远较深海区大。利用现代沉积物中的有机碳稳定同位素组成来估算海源碳的含量,在此基础上,结合调查区域表层沉积物中的几个初级生产力的代表性指标(浮游植物总量、叶绿素a浓度以及硅藻含量)的调查资料,寻求岩心中海源碳与古生产力指标的相关关系,再由南黄海冷涡沉积区3个典型柱状沉积物中海源碳重建了200a以来高分辨率的古生产力记录,这对陆架海生态环境演变规律的研究有重要意义。对重建所得到的南黄海近代初级生产演化因素的初步探讨表明,近200a来初级生产力波动升高与海水表层温度的升高趋势是一致的,但其最主要的控制因素还是营养盐的供应,其中陆源营养物质和污染物质的影响起到了重要的作用。     

冲绳海槽北部西坡的古三角洲沉积

自20世纪70年代我国开展东海海洋地质调査以来,在海底经常能发现河流、河口沉积物以及与水道相似的负地形、称为古河道、古三角洲或古河口等(李全兴,1990；金翔龙,1992；石斯器等,1989；秦蕴珊等、1987)第四纪气候频繁波动，造成陆架上尤其是外陆架上陆相地层与海相地层频繁交替,因此有不同时期的古三角洲和古河道保留,沉溺的古河道在我国陆架海底的不少地区均有发现。由于海底沉积作用的不均衡性,埋藏较浅的沉溺河谷从地形特征上依稀可辨,埋藏较深的在海底表面则渺无踪迹,只有借助于高分辦率的地球物理测量,才能发现其踪迹。 晚更新世末期，长江、黄河是否流经东海陆架区进入冲绳海槽,虽有不少作者论述,但终因缺少系统的实测资料而未取得共识。长江、黄河在历史上每年向大海输入巨量泥沙,加快了海淤积和推进速度,但古长江三角洲也应该是体积大、构造特征明显的大型堆积体,然而至今尚未有这方面的报道。 作者对冲绳海槽北部进行大面积高分辨率浅地层剖面分析中,发现在陆架外缘坡折线附近,近海底表面处存在大面积斜层理三角洲沉积结构,这为晚更新世末期以来自我国的大河(黄河/长江)从冲绳海槽入海提供了新的证据。     

长江口及邻近海域细颗粒沉积物中重金属的空间分布及沉积通量

长江每年输送大量的泥沙进入东海,其中细颗粒沉积物具有搬运距离远、扩散范围大的特点,成为示踪河口及近海沉积物源汇过程的良好载体。本文基于采自长江口及邻近海域的44个表层沉积物样品,分析了细颗粒组分中重金属的空间分布和沉积通量,探讨了重金属来源和搬运沉积过程。研究表明:长江口及邻近海域细颗粒沉积物中Cu、Cr、Ni、V和Zn含量、沉积通量的空间分布具有高度的相似性,总体表现为长江口及浙闽沿岸高,向外急剧降低;该区细颗粒沉积物中的重金属主要来自长江,入海后向两个方向扩散,其一为向西南方向扩散,沉积于内陆架泥质区;其二是向东的跨陆架输送,沉积于长江冲淡水影响的海域。从长江口向西南方向的输送和沉积是长江入海重金属最重要的汇。     

白令海西部柱样沉积物中有机碳的地球化学特征与埋藏记录

基于2012年中国第5次北极科学考察专项调查获得的样品资料,重点探讨了百年来白令海西部柱样沉积物中有机碳(TOC)的地球化学特征及其埋藏记录,结果显示,基于两柱样210 Pbex随深度的指数衰变趋势,整体能反映出调查区相对稳定的现代沉积环境,可获得两沉积柱约70年以来的海洋沉积环境序列。陆架区BL16柱样中TOC的垂向分布与TN及粒度具有较好的一致性,反映出有机质来源较为一致,粒度可能对沉积有机碳的赋存起控制作用;而陆坡区BL10柱样粒度相对略粗,且TOC与TN、粒度无明显相关关系,这可能与该区复杂的沉积水动力环境、有机质输入和较强的细菌微生物作用有关。两柱样上层样品(近20年以来)都不同程度表现出TOC含量增加和CaCO3含量下降,这可能指示了近期北极地区变暖和海洋酸化加剧等过程对沉积有机质的影响。计算得到两柱样沉积有机碳的埋藏通量分别为3 100mmol C·m-2·a-1(BL16)和1 400mmol C·m-2·a-1(BL10),通过对有机碳埋藏保存效率的分析和区域对比,认为该区较高的有机碳埋藏通量,可能主要受控于较高的上层水体初级生产力和有机碳输出效率,较为有利的沉积有机碳保存代谢机制以及较快的沉积速率等因素的共同作用。     

用BHC法研究东海大陆架的现代沉积速率和沉积作用

长江口外的东海大陆架,是世界上最宽广的大陆架之一,它承受着中国最大河流——长江的巨大径流,同时,大量泥沙随径流进入陆架区,其中很大一部分泥沙沉积于图1中的Ⅰ_ο区,致使该区水下三角洲迅速演变发育,历史上曾从苏北而现在从渤海入海的黄河,也对本海区的沉积作用有很大的影响,这些沉积物对本海区沉积状况的演变起着很大的作用.沉积物现代沉积速率的测定,是河口陆架区沉积动力学研究的基本问题之一,为了更好地了解发生在河口陆架区现代沉积物表层的地质和化学过程,对海水-沉积物界面间的物质交换作出定量估价,有必要对不同沉积环境中现代沉积速率进行定量研究[1].     

长江口与东海陆架泥质沉积动力过程与环境效应：长期数据采集需求

长江入海物质在东海内陆架水域形成了大规模泥质沉积区。内陆架泥区具有细颗粒沉积物和有机质的源/汇双重特征。长江口及邻近海域的泥质沉积过程 产物关系、泥质沉积在生态系统动力学中的作用、泥质沉积碳库增量潜力,是区域性沉积动力学的3个前沿问题,主要研究内容包括长江河口泥区未来演化趋势、泥区沉积物重力流形成条件和过程、泥区沉积物有机质含量与初级生产及低氧水层的关系、泥区消浪作用及其机制、颗粒态有机质衰减曲线(或曲线族)、颗粒态有机质碳库增量潜力等。其研究需要海洋观测站网在底部边界层、水层、新型数据上的支撑,以满足数据分辨率、连续性的要求。底部边界层连续观测将有助于重力流、泥区消浪作用、湍动影响下的沉积物起动曲线族等问题的解决。水层观测将有助于有机质衰减系数的研究,进而获得有机质埋藏率、浅层天然气、有机碳库增量等问题的答案。一些新型数据含有物源、沉积体特征和演化的大量信息,此类数据的获取将依赖于观测技术的突破。     

晚更新世以来黄河、长江入海泥沙对南黄海沉积作用的影响

黄河以其巨大的沙量闻名于世,其多年(1951-1980年)平均输沙量为1.069×109t。近十余年来,由于加强了水土保持和各种引黄工程的兴建等原因,向海输沙量减少,但含沙量仍居世界之冠。长江年平均输沙量也达4.75×108t,居世界大河之第四位。这两条大河目前虽不直接注入南黄海,但是大量资料表明,更新世以来,它们都曾在相当长的时间里注入南黄海,在低海面时期甚至奔流于南黄海陆架区,在漫长的地质历史中它们不断输送巨量泥沙,造就了规模不同的堆积地貌,沉积了不同厚度的沉积物层。因此,从某种意义上说,南黄海曾经是黄河和长江交汇沉积的盆地,黄河、长江在本区的发展演变史，就是南黄海沉积作用的发育史。     

黄东海浮游生物群落呼吸率对碳平衡的重要性

黄东海接受长江冲淡水和黑潮带来的大量营养盐和有机物质,其碳循环对陆架海碳源汇格局至关重要.浮游生物群落呼吸是影响碳循环的重要过程.为揭示黄东海浮游生物群落呼吸率(PCR)对碳平衡的贡献,于2011年四季使用黑白瓶培养法测定黄海南部及东海北部浮游群落呼吸率和初级生产力,并同步测定温度、盐度、营养盐、叶绿素和细菌丰度等环境...     

黄河下游-河口-邻近海域表层沉积物中木质素的特征及其示踪意义

河流输入的陆源有机碳在河口和陆架区的生物地球化学过程是全球碳循环的重要环节,对陆源有机质的输入量的估算是研究陆架区的生物地球化学过程的基础。黄河输沙量极大,为探究其携带的陆源有机质对陆架边缘海有机碳库的影响,以黄河河口及邻近渤海海域为研究对象,分析了表层沉积物中的木质素,结合总有机碳含量、总氮含量和有机碳稳定同位素评估了表层沉积物中有机碳的组成、来源和分布。8种木质素酚单体中,紫丁香基酚类(S)与香草基酚类(V)的含量比值S/V(0.63±0.31)和肉桂基酚类(C)与香草基酚类含量比值C/V(0.25±0.15),反映出研究区陆源有机碳主要来自草本被子植物。V系列中木质素酸(Ad)与木质素醛(Al)的比值(Ad/Al)V较高(0.53±0.14),表明陆源有机质的降解程度较高。利用稳定碳同位素比值δ13C和木质素含量Λ8相结合的土壤有机质-陆生维管植物-水生有机质三端元模型对陆源有机物的贡献的分析结果显示,土壤有机质、陆源维管植物和水生有机质的平均贡献分别为59.9%±15.0%、7.3%±7.0%、32.8%±11.8%。土壤在陆源有机质中的贡献占有绝对优势,可能与该区域沉积物的主要源区——黄土高原植被覆盖率低、土壤侵蚀严重有关。     

北冰洋西部表层沉积物中生源组分及其古海洋学意义

通过对中国首次和第二次北极科学考察在北冰洋西部所采取的66个表层沉积物中生源组分的分析,探讨了该海区表层生产力变化与水团的相互关系。楚科奇海西南部呈现出高的有机碳和生源蛋白石含量,而中部和东部哈罗德浅滩至阿拉斯加沿岸,以及楚科奇海台、北风脊和加拿大海盆表现出低的有机碳和生源蛋白石含量。楚科奇海陆架区表层沉积物以底栖有孔虫为主,丰度低;而楚科奇海台、北风脊和加拿大海盆则以浮游有孔虫占绝对优势,丰度较高。生源组分的分布特征显然与通过白令海峡进入楚科奇海的三股太平洋水和大西洋次表层水相关。楚科奇海西侧沿富营养的阿纳德尔流方向的区域呈现出高的表层生产力。而东侧受寡营养的阿拉斯加沿岸流及阿拉斯加西北沿岸陆源物质输入的影响,呈现出低的表层生产力。北纬75°以北及加拿大海盆受海冰覆盖影响,也表现出最低的表层生产力。而受北大西洋次表层水的影响,楚科奇海陆架外侧高纬海域表现出较高的钙质生物生产力。表层沉积物中Corg/N比值及其分布反映楚科奇海表层沉积物中的有机碳以海洋自身来源为主,且主要受生物泵过程控制。有机碳和生源蛋白石含量呈现高的正相关关系,说明硅藻等浮游植物的初级生产力可能控制着生物泵对碳的吸收和释放。