黄渤海有机碳的分布特征及收支评估研究

陆架边缘海是陆海相互作用研究中最为关键的区域,也是全球重要的碳储库,在区域物质循环过程中发挥着重要的作用。基于2012年5月和11月对黄渤海海域的综合调查,对该海域水体和沉积物中有机碳的含量与分布进行了分析,并结合相关文献资料对黄渤海有机碳的收支进行了估算。主要结论为:黄渤海溶解有机碳和颗粒有机碳均呈近岸河口区域高、离岸低的分布趋势;有机碳的组成以溶解有机碳为主,颗粒有机碳由海洋自生的有机碳和陆地来源的有机碳组成;黄渤海沉积物有机碳高值区主要分布在河口和泥质区,其组成也是由海洋自生和陆源混合而成,其中渤海以陆源为主,而黄海以海源为主。黄渤海有机碳收支评估表明,有机碳的主要来源为初级生产力产生的有机物,其贡献为(6 760±971)×104t/a,占有机碳输入总量的(74±10)%,沉积物再悬浮的通量为(884±200)×104t/a,东海向黄海输入的通量为(679±107)×104t/a,河流及陆源输入的通量为(643±63)×104t/a,大气干湿沉降的通量为(141±39)×104t/a,其贡献分别占有机碳输入总量的(10±2.2)%,(7.5±1.2)%,(7.0±0.7)%和(1.5±0.4)%;黄渤海有机碳的主要支出为呼吸消耗,其贡献为(5 190±746)×104t/a,占有机碳输出总量的(57±8.2)%,黄海向东海输出的通量为(2 150±370)×104t/a,有机碳沉积通量为(1 030±225)×104t/a,有机碳降解通量为(737±191)×104t/a,其贡献分别占有机碳输出总量的(24±4.1)%,(11±2.5)%和(8.0±2.1)%。有机碳收支评估表明黄渤海有机碳以海洋自生来源为主,且具有潜在碳的"汇"的特性,水体中外源输入和海洋自生有机碳的(1.6±0.3)%埋藏于该海域内。     

泰国湾表层沉积物陆源碎屑的粒度特征及其展现的沉积动力环境

海洋碎屑沉积物的粒度特征是海底沉积动力环境的直接体现,是用来研究海洋动力环境变化的重要手段,尤其是陆架海底表层沉积物的粒度分布,对于研究沿岸和水柱底边界层现今海洋动力环境可起到重要作用。该项研究通过调查遍布泰国湾至湄公河口海底表层沉积物陆源碎屑的粒度分布特征,以期获得影响现今特定海域沉积作用的海洋动力环境过程。粒度分析的结果显示,泰国湾表层沉积物的陆源碎屑以细砂-细粉砂为主,分选总体较差,频率分布以正偏为主。其中,细砂-极细砂组分主要分布在曼谷湾和柬埔寨沿岸。湄公河岸外沉积物为细砂,且分选比泰国湾区域的沉积物要好。这些表层沉积物的粒度特征具有良好的环境变化指示作用。湄公河岸外分选较好、近于正态分布的中砂沉积物指示了波浪作用下的沉积环境。曼谷湾和柬埔寨沿岸分选较差的中砂-细砂粗粒沉积物反映了潮汐和波浪的共同作用;泰国湾东西沿岸区域分选中等、呈正偏态的极细砂-中粉砂沉积物体现了潮汐的控制作用;而泰国湾中部分选较差的沉积物则指示了表层洋流作用。研究表明,泰国湾和湄公河岸外表层沉积物陆源碎屑的粒度分布特征可用于区分不同海洋动力因素的控制作用,揭示出泰国湾的沉积动力环境主要受潮汐、波浪和洋流的共同影响,湄公河岸外的沉积动力环境主要受波浪的影响。     

西太平洋暖池核心区新不列颠海沟有机质来源及碳酸盐含量变化

深海有机质的来源与演化及其碳酸盐含量变化是碳循环的重要环节之一。通过分析新不列颠海沟水深3908 m采集的柱状沉积物总有机碳(TOC)和总氮(TN)的含量、有机碳的δ¹³C值和AMS-¹⁴C定年以及CaCO_3含量变化,探讨该海区的有机质来源与演化及碳酸盐含量变化与控制因素。研究发现:(1)该地区的有机质主要来源于海洋自生有机质,但受到陆源有机质输入的影响,其中在末次冰消期和全新世早期,海平面相对较低,但海平面逐渐上升会带来部分侵蚀的陆源土壤输入,而且作为降水带的赤道辐合带(ITCZ)位置偏南引起的陆源剥蚀物质输入增强,使陆源有机质贡献比例较高,主要来自巴布亚新几内亚森林土壤的有机质贡献;(2)该地区的CaCO_3含量在末次冰消期以来呈现出末次冰消期和全新世中晚期较低,而全新世早中期较高的特征,其变化主要受海平面变化和ITCZ迁移引起的陆源碎屑物质输入强弱的影响。     

冲绳海槽中部28ka以来陆源物质输入和古环境演化的生源组分记录

沉积物中有机碳、生物碳酸盐和生物硅等生源组分的埋藏速率在很大程度上受到海洋古生产力的控制,常常被用作古生产力的替代指标.本文利用TOC、生物硅及CaCO3等生源组分探讨冲绳海槽中部DGKS9604孔(28°16.64'N,127°01.43'E;水深766m;柱长10.76m)距今28ka以来陆源物质输入和古环境演化对海洋生产力的影响.研究结果表明,在冬季风较强的末次冰期晚期(28～22kaB.P.),长江直接输运大量的陆源营养物质进入冲绳海槽,古生产力较高;在末次盛冰期(LGM,22～18kaB.P.),虽然河口距离海槽区更近,但大陆流域降水匮乏,河流人海径流量偏低导致海槽陆源营养物质明显减少,生产力降低,表现在生物硅和有机碳堆积速率明显降低;冰消期早期生产力与末次盛冰期相比并未明显降低,此阶段气候回暖,大陆流域降雨增加,陆源物质输入相对较高.全新世早期,古生产力快速下降,既反映海平面降低,陆源物质输入减少.还可能与冰消期寡营养盐的黑潮在海槽加强有关.DGKS9604孔CaCO3含量及堆积速率变化的总体趋势与有机碳和生物硅相反,表现为末次冰期晚期低.冰消期以来逐渐升高,一方面反映陆源物质输入的稀释作用;另一方面与黑潮加强致使钙质生物生产力增强有关.此外,15～7kaB.P.期间CaCO3含量及其堆积速率有几次明显降低,可能对应黑潮减弱、陆源冲淡水较强的环境事件.     

有机碳—氧化铁结合对海洋环境中沉积有机碳保存的影响

有机碳在海洋环境中的长期保存机制一直是海洋碳循环研究的重点,也是研究气候变化与全球碳循环之间作用和反馈的关键。据估算,表层海洋沉积物中约20%的有机碳是通过与氧化铁的结合而保存下来的,因此与氧化铁结合是有机碳长期保存的关键因素之一。研究表明,有机碳—氧化铁复合物的形成主要通过吸附和共沉淀这2种机制,共沉淀反应是有机碳与氧化铁在海洋环境中结合的主导机制。不同来源的有机物在发生与铁氧化物的共沉淀或吸附作用时是有选择性的,在大部分海洋环境中铁氧化物优先与海洋有机碳结合,但在河口三角洲区域,铁氧化物优先与陆源有机碳结合。大量的陆源输入,较高的初级生产和频繁的再悬浮活动使河口边缘海特别适于开展有机碳—氧化铁结合的相关研究,这也是今后研究的重点方向。     

南冲绳海槽7000aB.P.以来基于长链不饱和烯酮指标的古海洋生产力变化及其与气候的关系

古生产力的精确重建对于了解地质历史时期的碳循环具有非常重要的作用,高分辨率有机地球化学记录在重建古海洋生产力上有独到的优势。基于17个AMS14C年代分析数据,本文分析了冲绳海槽南端MD05-2908孔(24°48.04′N,122°29.35′E)沉积柱状样中的长链不饱和烯酮含量以及物质通量,并结合沉积物有机碳同位素数据恢复评价了南冲绳海槽古海洋生产力的变化。结果显示近7000aB.P.以来南冲绳海槽古生产力存在着显著波动。将海洋古生产力指标与全新世ITCZ南北移动记录的对比分析,发现其变化与ITCZ的南北移动有密切的关系,一方面ITCZ南北移动影响陆源物质的输入,从而改变海洋营养物质的供应状况,造成生产力的高低变化;另一方面,ITCZ南北移动所造成的陆源物质输入冲淡了海洋生产力输入对沉积有机质的贡献,因此在高陆源物质影响区单用生物标志化合物相对有机碳的丰度评价古海洋生产力存在着一定的不可靠性。此外,通过与高纬度气候记录的对比发现,南冲绳海槽海洋生产力的低值变化与北半球高纬度地区的气候冷事件基本一致,显示出高低纬度气候环境变化之间的强相关性。     

长江口沉积物碳氮元素地球化学特征及有机质来源分析

根据对长江口水下三角洲上部(CJ16)和口门浅滩(CJ19)柱状样的粒度、总有机碳(TOC)、总氮(TN)和有机碳同位素(δ13C)以及长江口表层样TOC的测定,得出其粒度及碳氮元素特征,利用C/N和δ13C分析有机质来源及不同来源的贡献率。研究结果表明:(1)沉积物中有机碳含量在0.19%～1.17%之间,CJ16柱中有机碳含量比CJ19柱略高;总氮含量均比较少,且变化幅度小;C/N比值在5～17间变化;CJ16柱的δ13C值在24.70‰～22.86‰间变化,CJ19柱为24.88‰～22.37‰,且CJ19柱δ13C值在36 cm以上段较下段明显增大,推测可能与南汇边滩互花米草(C4植物)的引种有关;(2)长江口表层沉积物TOC的含量范围为0.17%～1.16%,平均值为0.52%;(3)粒度特征显示长江口主要以粉砂和粘土为主,砂含量较少,粒度与长江口TN、TOC含量有较好的相关性;(4)C/N和δ13C值的特征均显示该区有机质为陆源和海洋混合,利用C/N比值估算出来自陆源的有机碳比例在CJ16柱约为40%,而在CJ19柱中约为60%;根据δ13C值估算出CJ16柱陆源和海源两种有机质来源几乎是各占一半的比例,CJ19柱来自陆源的有机碳占总有机碳的60%,与用C/N比值法测得的结果较一致。上述结果显示长江口的不同空间位置碳氮元素分布特征不同,沉积记录受到粒度、河口区物源的影响,还受到陆源和海源不同有机质来源输入的影响。     

南黄海中部表层沉积物有机质分布与分子组成研究

通过分析南黄海中部501个站位表层沉积物通沉积物有机质、粒度及常量元素特征,了解有机质分布特征及影响因素,并进一步对其中64个站位的进行气相色谱（GC-FID）分析,探讨有机质分子组成。分析表明:南黄海中部总有机碳受水动力影响呈分布西低东高分布,总有机碳与Al2O3含量中值粒径依次相关特性;正构烷烃组成表明有机质主要来源于陆源高等植物,海洋浮游藻类贡献次之,陆源植物中草本植物与木本植物贡献相当,类异戊二烯烃反映了短链正构烷烃明显海洋还原沉积环境;常量元素与正构烷烃参数综合分析表明,南黄海中部陆源有机质主要来自于现代黄河、苏北古黄河输入,体现无机-有机综合分析对有机质物源判断;部分样品具有明显石油源输入特征,细菌对沉积物有机质贡献普遍存在。     

长江口区有机碳同位素地球化学

本文将有机碳稳定同位素方法用于研究长江口和东海中的颗粒有机碳的来源和运移。洪水期中采集的颗粒有机碳的δ~(13)C范围为—25.4——19.7×10~(-3),这说明在河口区中河流有机碳与海洋有机碳的混合作用。枯水期样品δ~(13)C值的范围是—26.6——23.7×10~(-3),表明陆源有机碳占优势。东海陆架区沉积有机碳的δ~(13)C值呈现出一个较窄的数值范围(—22.9——20.8×10~(-3)),说明它们主要是海洋性来源。     

末次冰期以来南海北部物源及古环境变化的有机地球化学记录

文章在AMS～14C定年的基础上建立了南海北部MD05-2905钻孔（20°08.17′N,117°21.61′E）末次冰期以来有机地球化学记录的时间序列,利用其中的正构烷烃、甾醇和烯酮等有机分子标志物对南海北坡25ka以来沉积物物源、气候环境变化进行探讨。长链正构烷烃总含量和浮游植物标志物总含量表明25.0～14.5kaB.P.时段南海北部沉积物中陆源物质输入、海洋初级生产力浮游植物输入均较高,14.5～8.5kaB.P.时段迅速降低,全新世8.5kaB.P.之后稳定在较低水平。末次冰期海平面低,陆架出露面积大,陆源物质搬运至沉积地点的距离短,强盛的冬季风及其驱动的洋流有利于大量的陆源物质搬运至该沉积地点;14.5kaB.P.,对应于MWPIa时期,陆源物质输入迅速减少,海洋初级生产力的迅速降低,印证了此时海平面的快速上升。C31/C17物源参数表明陆源物质输入和海洋内生源输入在25.0～14.5kaB.P.时段和14.5～8.5kaB.P.时段分别占据了主要地位,这表明海平面变化对陆源物质输入影响可能更大;全新世8.5ka之后,陆源、海洋内生源输入交替占据主要地位,这可能与东亚季风增强有关。从有机分子标志物研究来看,海平面的变化对陆源物质输入及总海洋初级生产力可能均有重要控制作用,但海洋初级生产力中某些藻类如硅藻可能受控于不同的气候因素。C28甾醇含量指示硅藻在MWPIa和MWPIb时期大量增多,这可能是14.5～8.5kaB.P.海洋内生源输入相对较多的重要原因,同时,对11.0～8.5kaB.P.时段的碳酸钙低值事件可能有一定贡献,但其对海陆环境的响应还有待于进一步研究。     

东海内陆架有机碳的源—汇过程及其沉积记录

大陆边缘海是不同来源、不同性质有机碳沉积和埋藏的主要场所,在全球碳的生物地球化学循环过程中具有重要地位。东海内陆架接收大量陆源有机碳,并且具有较高的海洋生产力,是研究沉积有机碳来源、输运和埋藏的理想场所,已取得大量研究成果。在对相关文献进行系统整理的基础上,以沉积学的视角对前人研究成果进行了梳理,旨在为后续相关研究提供参考。全样分析（如TOC/TN、δ13C等）和生物标志化合物（如正构烷烃、甾醇类、木质素等）方法揭示东海内陆架有机碳的来源受沉积环境影响,由海向陆方向陆源组分整体显著增加,并具有季节性特征。东海内陆架沉积物在沿岸方向具有“夏储冬输”的宏观输运格局,该动力过程影响着陆源有机碳沿岸的输运路径和最终归宿;在东海29° N附近存在一个“舌形”的跨陆架输运通道,可能会存在陆源有机碳的跨陆架输运,影响深海有机碳的源—汇过程;另外,人类活动和极端气候事件也显著影响东海内陆架沉积物和有机碳的沉积过程和沉积记录,需要进一步研究。东海内陆架泥质区是陆源有机碳的重要埋藏区域,其埋藏效率受区域沉积有机碳含量和沉积速率控制,并与早期成岩过程中有机质矿化路径有关。沉积物中埋藏有机碳的地球化学特征可以用来重建长时间尺度的海平面变化、初级生产力、古海洋和古气候演化等,相关研究为理清东海内陆架地质历史时期的环境演化提供了依据。     

北部湾涠洲岛海域沉积物中物质来源解析

沉积物的物质来源问题是海洋沉积学所关注的关键问题。以北部湾涠洲岛海域的沉积柱样为例,在过剩210Pb法构建良好的年代框架基础上,利用元素、稳定同位素、放射性核素多种方法,解析沉积物中有机物和无机物的来源问题。结果显示:基于δ13C指标获得的沉积物中海源和陆源有机物的平均贡献比例分别为95.0%和5.0%;基于Al、Cu、40K、226Ra多种代用指标的端元混合模型计算沉积物中生物成因和碎屑成因的无机物平均贡献比例分别为64.1%和35.9%;而沉积物中Pb分布无法满足端元混合模型的结果,说明存在人类活动的可能影响。进一步构建沉积柱样中基于δ13C的陆源有机物和基于40K的生源无机物的贡献比例的年代变化趋势,发现该变化趋势与人类活动和气候变化（厄尔尼诺现象）密切相关。总之,利用元素、稳定同位素、放射性核素多种方法综合解析沉积物中物质来源问题,尝试探索多种物源识别的代用指标,为北部湾涠洲岛海域的生态环境管理提供一定的科学依据。     

末次冰期以来南海北部下陆坡区沉积有机质地球化学特征及其意义

选取南海北部下陆坡-深海平原过渡带典型沉积柱状样,通过对其沉积有机质的整体有机地球化学特征进行表征,探讨了南海下陆坡-深海平原区沉积有机质在冰期/间冰期旋回中的赋存状态、来源变化以及与古气候环境之间的相应关系。结果表明,总有机碳（TOC）、总氮（TN）和有机质稳定碳同位素（δ13Corg）与冰期/间冰期旋回有明显的对应关系,冰期时对应高值,间冰期时对应低值;而有机质稳定氮同位素（δ15N）表现为全新世时其值偏低,末次冰消期其值偏高,与气候旋回没有相关性; C/N值和δ13Corg值都表明南海北部下陆坡沉积有机质来源是陆相和海相的混源,且在末次冰期/间冰期尺度上主要以海相来源为主。     

Constraining Sources of Organic Matter to Tropical Coastal Sediments: Consideration of Nontraditional End-members

Molar organic carbon to total nitrogen to organic phosphorus (OC:TN:OP) ratios are used in tandem with carbon isotopic values to constrain sources of organic matter (OM) to marine sediments in a tropical coastal embayment. Analysis of end-members specific to the study site indicates that the bulk OM pool cannot be modeled as a simple mixture of two end-members (terrestrial vs. marine OM), but rather reflects a more complex, multicomponent mixture. Mangrove, coral reef ecosystems, and bacterial biomass contribute OM to tropical coastal marine sediments that is compositionally distinct from traditional marine and terrestrial end-members and thus preclude the application of a classical two end-member mixing model of the sort that has been used traditionally in sediments from temperate environments. A survey of elemental ratios and carbon isotopic values of potential OM end-members reported in the literature, as well as depth profiles before and after whole-core incubation experiments conducted as part of this study, were used to evaluate the strength of OC:TN versus OC:OP ratios as OM source indices. Our study suggests that OC:TN ratios are a weaker indicator of OM source than OC:OP ratios, because: (1) the more restricted dynamic range of OC:TN ratios prevents clear distinction of terrestrial-from marine-derived OM, and (2) post-depositional changes in OC:TN ratios occur during diagenesis, obscuring the source signature of initially deposited OM. The fidelity of OM indices during early diagenesis underscores the importance of quantifying OP in sediments to assess sedimentary OM source.     

Organic matter and nutrients in an altered subtropical marsh system,Chiricahueto, NW Mexico

Seven sediment push-cores were extracted from Chiricahueto, a marsh affected by urban, industrial and agricultural wastes. Concentrations of total phosphorus (300-1,620 µg g^-1), organic carbon (4-39 mg g^-1) and total nitrogen (0.5-4.5 mg g^-1) in the sediments showed an exponential decrease with depth, related to the decomposition of organic matter (OM). Between 20 and 40% of OM initially deposited is degraded at the sediment-water interface under oxic conditions. Another fraction (40-60%) of non-refractory OM is decomposed within the sediments by oxidants other than oxygen. Likewise, the preservation of OM (<20%) was estimated as burial concentrations of C, N and P linked to organic compounds. The C/N ratios, '¹³C and '¹⁵N suggested that the major source of OM to the sediments derives from marine phytoplankton. The allochthonous sources of OM were overprinted by the high flux of marine autochthonous OM. However, an indirect terrestrial influence is recognised, in which high nutrient load derived from agricultural, domestic and industrial activities promoted high productivity.     

河西猪野泽沉积物有机地化指标之间的关系及古环境意义

探讨了河西走廊石羊河终端湖泊--猪野泽晚冰期以来沉积物总有机碳(TOC)、碳氮比(C/N)、有机碳同位素(δ13C)三种有机地球化学指标之间的关系及古环境意义.结果表明:猪野泽QTH01剖面沉积物TOC指标主要代表湖泊及流域的植被初级生产力;C/N值受到周围区域表土C/N值和沉积物成岩过程的双重影响,总体较低,并不能直...     

南海表层沉积物与沉降颗粒物中有机碳的δ13C对比研究及其古环境再造意义

对南海表层沉积物与沉降颗粒物有机碳的δ13C进行了对比研究,从古环境再造方面探讨了陆源和海源对南海表层沉积物的贡献。南海表层沉积物有机碳的δ13C比沉降颗粒物中有机碳的δ13C偏重表明,Suess效应对南海现代过程的影响不可忽视,两者的δ13C差值反映了Suess效应对南海现代过程的影响程度。利用两者的δ13C差值,对现代陆源和海源有机碳的δ13C进行修正后,计算得到,在南海陆架周围表层沉积物的有机碳中,陆源的比例为48%,海源的比例为52%;在远离陆架的表层沉积物的有机碳中,陆源的比例为14%,海源的比例为86%。     

Organic fades in Recent sediments of carbonate platforms: Southwestern Puerto Rico and Northern Belize

Our organic facies model of a platform environment is based on the analysis of (1) total organic carbon, (2) visual protokerogen types and hydrogen indices of the sediments, (3) sediment mineralogy and grain size, and (4) reef patterns, water circulation, and relief of the adjacent land.TOC values are lowest on reefs and outer platforms (0.2%); intermediate in sediments fringing carbonate islands (0.5–2.0%), on sea-grass meadows (0.5–0.7%), and in forereef lagoons (0.1–0.7%); highest in inner platform lagoons (0.5–5.0%) and mangrove swamps (2.7–3.5%). Paniculate organic matter comprises structured terrestrial, marine, and amorphous types. On average, terrestrial material accounts for 28% of OM in Puerto Rico and 12% in Belize. The mean hydrogen index of the sediment is 355 (mg hydrocarbons/g TOC) in Puerto Rico and 719 in Belize.This study indicates that TOC values are mainly related to platform subenvironment, while OM types are controlled by distance from the shoreline. Organic facies dominated by structural terrestrial OM occur closer to the shore, whereas toward the shelf margin marine and amorphous OM contents increase.     

苏北潮滩湿地不同生态带碳、氮、磷分布特征*

通过对比苏北潮滩湿地不同生态带的表层以及柱状沉积物中总有机碳、总氮、总磷和有机磷含量,并结合不同植被不同植株部位中碳、氮、磷的含量变化,分析了潮滩沉积物中碳、氮、磷的垂向和水平分布特征与规律,探讨了不同生态带以及潮滩植被对碳、氮、磷等生源要素的富集作用。对比分析结果表明:苏北潮滩湿地各生态带对不同的测量指标有着不同的富集作用,互花米草滩的总有机碳、总氮和有机磷含量要远大于其他几个生态带,光滩沉积物中总磷的含量最高; 粒度效应是控制互花米草前缘地带以及互花米草滩沉积物中有机碳和氮分布的一个重要因素,盐蒿和芦苇滩中有机碳和氮的分布更多的是受粒度之外的其他因素影响; 不同生态带表层沉积物中的C/N比值分布,大致可反映其有机物来源的差异,而不同生态带中柱状沉积物中的C/N比值相对接近,很难根据C/N比值大小来对不同生态带中的有机物来源进行判断,这可能是埋藏在柱状沉积物中的有机物更多的受到了早期成岩作用造成的。植被对潮滩湿地中碳、氮、磷的分布有着重要影响,3种物质在互花米草、盐蒿和芦苇中的含量差别不是很大,因此潮滩植被对沉积物中上述3种物质的贡献差别主要是由不同植被的生物量和其所处环境的沉积动力差异造成的。