环渤海地区河流河口及海洋表层沉积物有机质特征和来源

2013年8月采集了环渤海地区35条主要河流河口表层沉积物样品,12月采集了渤海与北黄海24个表层沉积物样品,分析了其生物地球化学指标:总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳同位素(δ13C)和氮同位素(δ15N),探讨该区域表层沉积物有机质特征及组成。研究表明:河流河口表层沉积物有机碳同位素(δ13C)值在–26.4‰—–21.8‰,平均值为–24.5‰;渤海表层沉积物有机碳同位素(δ13C)值在–23.8‰—–21.7‰,平均值为–22.3‰。河口表层沉积物TOC含量在0.06%—3.87%,平均值为1.31%;渤海表层沉积物TOC含量在0.52%—2.09%,平均值为1.08%。河流δ13C富集较轻,偏向陆源;海洋δ13C富集较重,偏向水生有机质来源。河流河口表层沉积物的δ13C值差异较明显,最大值与最小值相差4.6‰,但是流域地理位置距离近的河流δ13C值差异不大。河流河口表层沉积物δ15N在1.5‰—10.2‰,平均值为5.5‰;渤海表层沉积物δ15N在4.4‰—5.6‰,平均值为5.0‰。河流表层沉积物δ15N范围比渤海表层沉积物δ15N范围广,原因是河流受陆源有机物影响,且陆源有机物来源差异大。海洋表层沉积物δ15N相对均一,说明海洋表层沉积物δ15N受物源影响较小,体现了水体中有机质的转化和微生物活动对氮同位素的影响。本研究中表层沉积物的δ13C与δ15N没有明显的相关性,也体现了陆源有机质输入的影响。根据经典的二元模式计算,35条河流陆源有机质的贡献比例范围为10%—90%,平均值为60%;渤海陆源贡献比例范围为10%—50%,平均值为20%。河流有机质的来源以陆源有机质为主,水生有机质为辅。渤海有机质的来源以水生有机质为主,环渤海河流的陆源输入也有重要贡献。需要指出的是,有机碳同位素(δ13C)、氮同位素(δ15N)和Corg/Ntotal对有机质来源判别有一定局限性,虽然稳定同位素有示踪性,然而其成分仍然不可避免地受到生物地球化学等过程的改造,在使用稳定同位素技术示踪物源时,须小心谨慎。     

珠江口外近海沉积有机质化学及稳定同位素组成的早期成岩改变

理解早期成岩过程中有机质的化学和同位素分馏对于研究海洋和湖泊环境中的生物地球化学过程是很重要的。将珠江口外近海生物成因有机质分为可水解氨基酸、碳水化合物、脂类和酸不溶四个部分,分析了有机质的化学和同位素组成(δ13C,δ15N),借以讨论沉积有机质在埋藏的早期成岩过程中所发生的化学和同位素改变,结果表明,从浮游生物→悬浮颗粒物→表层沉积物→沉积柱内部,易降解组分可水解氨基酸、碳水化合物、脂类占样品总有机碳的份额依次降低。沉积物及四个有机部分的稳定碳同位素组成在纵向上随深度保持相对恒定,而在不同有机部分之间差异明显。不同类型有机物的分解速率差异在改变有机质化学成分的同时,导致其δ13C发生小幅度负向漂移;细菌有机质的形成和分解对有机质化学成分和同位素组成演化也有重要贡献,并且在一定程度上抵消了上述δ13C的负向漂移,其结果导致沉积有机质的δ13C略低于浮游生物;另一方面,由于异养菌生长过程中的氮同位素分馏系数与可利用氮源的特征和培养基的性质等多种因素有关,导致沉积物的δ15N变化范围增大。在这里δ13C可以可靠地指示该海域沉积有机质的来源,而δ15N变化范围较大且规律不明显,难以用作沉积有机质来源的指示。     

夏季南黄海颗粒氮同位素分布特征及影响因素研究

黄海是人类活动影响显著的半封闭陆架边缘海，在夏季存在特征鲜明的冷水团结构。为研究南黄海颗粒态氮的循环转化过程，本文通过分析2016年夏季南黄海水体颗粒物和表层沉积物的碳、氮含量及同位素，探讨南黄海近岸海域和冷水团海域颗粒物和表层沉积物氮含量、同位素的分布差异和影响因素。近岸海域颗粒氮(Particulate Nitrogen，PN)呈现出含量较高、氮同位素值(δ15N_PN)垂向差异较小、沉积物总氮(Total Nitrogen，TN)含量较低且氮同位素值(δ15N_TN)偏负的分布特征；冷水团海域PN呈现出含量低、δ15N_PN垂向差异显著、沉积物TN含量高且δ15N_TN偏正的分布特征。通过海底边界剪切应力模拟、环境因子分析并结合颗粒物与沉积物δ15N示踪分析，发现南黄海海域颗粒态氮及同位素分布主要受到水体/底边界动力过程影响，陆源输入和矿化过程亦共同参与调控。     

夏季大亚湾悬浮颗粒有机物碳、氮同位素组成及其物源指示

2015年夏季开展了大亚湾悬浮颗粒有机物碳（POC）、氮含量（PN）及其同位素组成的研究,结果表明,δ13C_POC和δ15N_PN的变化范围分别为-25.7‰~-17.4‰和-6.3‰~10.4‰,平均值分别为-20.2‰和8.2‰。大亚湾悬浮颗粒有机物含量及其碳氮同位素组成的空间变化反映了不同有机质来源的影响:喜洲岛附近海域表现出高POC、PN、δ13C_POC和δ15N_PN的特征,指征着浮游植物水华的主导贡献;东北部范和港附近海域具有高POC、PN、低δ13C_POC和高δ15N_PN的特征,反映了河流/河口水生有机物的影响;湾顶白寿湾附近海域的δ13C_POC和δ15N_PN出现低值,体现了陆源有机质和人类污水排放的影响。借助δ13C_POC和δ15N_PN的三端元混合模型,定量出海洋自生有机质、陆源有机质、河流/河口水生有机质等3个来源的贡献平均分别为70%、13%和17%,其中海洋自生有机质是夏季大亚湾悬浮颗粒有机物的最主要来源。从这3种来源颗粒有机物含量的空间变化看,海洋自生有机质含量由湾内向湾外减少,与初级生产力的空间变化相对应;河流/河口水生有机质含量在大亚湾东北部出现高值;陆源有机质含量在表、底层出现不同态势,表层陆源有机物含量在湾中部海域最低,而底层则呈现出自湾内向湾口增加的趋势,主要受控于离岸距离和珠江冲淡水、粤东沿岸上升流输送的影响。     

长江口海域悬浮颗粒有机物的稳定氮同位素分布及其生物地球化学意义

对2006年2,5,8,11月份长江口海域表层水体中的悬浮颗粒物(SPM)进行稳定氮同位素分析,根据不同季节、不同区域内其1δ5N值的变化研究水体中氮的迁移、转化等生物地球化学过程,揭示其环境行为,从而对该海域的氮循环机制进行探索。研究发现:该海域悬浮颗粒有机物的稳定氮同位素组成(1δ5Np)分布范围较宽,在0.6‰~8.2‰之间,具有明显的时空分布特点,反映了不同程度的陆源输入和氮的生物地球化学过程的影响。口门内,表层水体中1δ5Np的变化主要受长江径流的陆源输入影响,生物地球化学作用影响较弱;最大浑浊带,水体中的悬浮颗粒有机氮受微生物的降解活动影响明显,各季节均存在不同程度的颗粒物分解作用;外海区,陆源输入减弱,悬浮颗粒物的δ15Np值主要受微藻的同化吸收作用以及一定程度的颗粒物分解作用影响。     

长江口海域悬浮颗粒有机物的稳定氮同位素季节分布与关键生物地球化学过程

对2010年2、5、8、11月份长江口海域水体中的悬浮颗粒物进行稳定氮同位素分析。根据不同季节、不同区域内悬浮颗粒有机物的稳定氮同位素组成(δ15 Np)值的变化研究水体中氮的迁移、转化等生物地球化学过程,揭示其环境行为,从而对该海域的氮循环机制进行探索。研究发现:长江口海域悬浮颗粒物的稳定氮同位素组成具有较宽的分布范围,δ15 Np值分布范围为-1.1‰~8.6‰,具有明显的时空分布特点,反映了不同程度的陆源输入和氮的生物地球化学过程的影响。其中,2月份生物反应较弱,δ15 Np分布体现了陆源和海源的混合特征;5月和11月份上层水体δ15 Np随叶绿素a升高而降低,指示了生物的同化吸收作用;8月和11月δ15 Np和总溶解无机氮呈现极显著正相关关系,说明该海域发生了氮的矿化再生。     

鸭绿江河口西岸潮滩沉积物有机质对流域变化的响应

河流颗粒有机质提供了陆地碳循环的重要信息以及人类活动的记录,通过河口地区沉积物有机质组成,可反映流域变化及海陆间相互作用。2010-2011年分两次于鸭绿江河口西岸潮滩采集柱样4根及表层样23个。对样品进行有机质碳氮总量(TOC、TN)、碳氮同位素(δ13C、δ15 N)及沉积物粒度测试。分析结果表明,由河口向西,有机质受改造程度加深且来源逐渐复杂化,致TOC/TN与δ13C的相关性逐渐降低,δ15 N与沉积物粒度的相关性也随之降低。文中以δ13C为主线探讨沉积物有机质的来源及运移,TOC/TN作为辅助,δ15 N则用于指示生化条件的改变。柱样的δ13 C分布与河流入海输沙密切相关,水库对入海泥沙的拦截,致河口潮滩沉积速率减缓,从而增加了沉积物中海源有机质的含量,δ13C随之增加。潮滩西侧柱样的δ15 N增加指示了生活工业污水的大量排放。此外,表层样δ13C分布的方向性,指示了西水道门口处的快速堆积及潮下带物质的向岸运移,并在西岸潮滩向岸一侧富集。     

黄河三角洲湿地土壤、植物碳氮稳定同位素的组成特征

对黄河三角洲湿地表层土壤和植被进行了碳氮同位素调查,发现本区植物的碳氮同位素值域变化幅度较大,生态系统以喜湿的C3植被类型为主,也生长C4植物.植物的碳、氮同位素之间不存在相关关系.表层土壤中碳氮同位素组成存在着弱负相关关系,反映本区表层土壤中有机质有多种来源.土壤Corg/N比值差异很大,大部分地区土壤Corg/N比...     

烟台养马岛潮间带大型底栖动物食物网结构特征

为探明烟台潮间带主要底栖生物类群间的营养关系和食物网结构特征及其季节性变化,于2019年春季(3月)和夏季(7月)在山东烟台养马岛潮间带采集大型底栖动物、沉积颗粒(SOM)、悬浮有机质(POM)、浮游植物和浮游动物样品。利用稳定同位素技术,对养马岛海滩潮间带底栖生物的碳、氮稳定同位素进行测定和分析。结果表明:大型底栖动物在春季和夏季δ13C和δ15N值分别为?20.23‰—?12.99‰, 5.32‰—10.45‰和?21.91‰—?9.88‰, 7.01‰—14.17‰。夏季的碳、氮稳定同位素数值范围相较于春季均有所增加,相同大型底栖动物物种的碳、氮稳定同位素值会随季节变化而发生变化。春季该潮间带主要大型底栖动物的营养级范围为1.98—3.49,夏季为1.89—4.00。相同大型底栖动物营养级在季节之间无显著变化(P0.05)。营养传递顺序可表达为:滤食性软体动物→多毛类→甲壳动物,与能量流动方向一致。     

崂山湾潮间带食物网结构的碳稳定同位素初步研究

通过对1993年8月和1994年2和5月在崂山湾潮间带采集的底栖生物碳稳定同位素组成(δ13C值)的分析,发现该区底栖动物的主要食物来源以δ13C值大致可划分为4类:水体中的颗粒有机质(POM)、底栖硅藻、大型底栖藻类和底泥中的有机物质(SOM).研究结果表明,底栖动物的碳稳定同位素组成与其所摄食的食物的碳稳定同位素组成有密切的关系,因此,底栖动物的碳稳定同位素组成可以用于研究其食物来源.碳稳定同位素数据证实,双壳类等滤食性动物的食物来源主要是POM;甲壳动物的δ13C值的范围较大,证明其食物来源的多样性;底栖硅藻是多数腹足类食物来源的相当重要组成部分.用碳稳定同位素示踪剂对该区底栖-水体耦合作用的初步研究表明,水体中的POM是底栖动物的重要食物来源,但底泥中有机质和底栖硅藻也是许多底栖动物食物来源的相当重要的组成部分.     

甲烷流体活动与沉积物中碳、氮同位素组成响应——南海东北部海洋IV号地区研究

南海东沙群岛东北部海洋IV号地区GC16站重力柱状沉积物中的有机碳、总氮,以及自生碳酸盐岩矿物的无机碳同位素组成分析结果表明,甲烷流体活动区硫酸盐甲烷转换带(SMTZ—sulfate methane transition zone)是重要的生物地球化学界面,该带内沉积物中有机碳、氮与无机碳同位素组成变化明显。GC16站SMTZ上界面以下的沉积物中有机碳、氮同位素组成分别比其上的沉积物负偏1.4‰PDB和0.93‰,反映该带内甲烷缺氧氧化作用(AOM—anaerobic oxidation of methane)与氨氧化作用发育。无机碳同位素组成表明SMTZ界面之下沉积物中的自生碳酸盐岩矿物为以微生物为媒介的甲烷驱动成因,地质历史时期(至柱状沉积物底部沉积时期)曾发生过2次较强烈的CH₄流体活动;目前该区甲烷流体活动较弱,甲烷流体影响深度与SMTZ上界面一致,未能到达海底。     

Properties of sea ice and overlying snow in the Southern Sea of Okhotsk

The general properties of sea ice and overlying snow in the southern Sea of Okhotsk were examined during early February of 2003 to 2005 with the P/V “Soya”. Thin section analysis of crystal structure revealed that frazil ice (48% of total core length) was more prevalent than columnar ice (39%) and that stratigraphic layering was prominent with a mean layer thickness of 12 cm, indicating that dynamic processes are essential to ice growth. The mean thickness of ice blocks and visual observations suggest that ridging dominates the deformation process above thicknesses of 30 to 40 cm. As for snow, it was found that faceted crystals and depth hoar are dominant (78%), as which is also common in the Antarctic sea ice, and is indicative of the strong vertical temperature gradients within the snow. Stable isotope measurements (δ¹⁸O) indicate that snow ice occupies 9% of total core length and that the mass fraction of meteoric ice accounts for 1 to 2% of total ice volume, which is lower than the Antarctic sea ice. Associated with this, the effective fractionation coefficient during the freezing of seawater was also derived. Snow ice was characterized by lower density, higher salinity, and nearly twice the gas content of ice of seawater origin. In addition, it is shown that the surface brine volume fraction and freeboard are well correlated with ice thickness, indicating some promise for remote sensing approaches to the estimation of ice thickness.     

N2 fixation variability in the oligotrophic Sulu Sea, western equatorial Pacific region over the past 83 kyr

N₂ fixation is an important biological process that adds new nitrogen to oceans and plays a key role in modulating the oceanic nitrate inventory. However, it is not known how, when, and where N₂ fixation rates have varied in response to past climate changes. This study presents a new record of nitrogen isotopic composition (δ¹⁵N) over the last 83 kyr from a sediment core (KH02-4 SUP8) taken in the Sulu Sea in the western equatorial Pacific region; data allow the N₂ fixation variability in the sea to be reconstructed. Sediments, sinking, and suspended particulate organic matter (POM) all have lighter isotopic values compared to the δ¹⁵N values of substrate nitrate (av. 5.8‰) in North Pacific Intermediate Water. These lighter δ¹⁵N values are regarded as reflecting N₂ fixation in the Sulu Sea surface water. A δ¹⁵N mass balance model shows that N₂ fixation rates were significantly enhanced during 54–34 kyr in MIS-3 and MIS-2. It has been speculated that higher interglacial denitrification rates in the Arabian Sea and the eastern tropical Pacific would have markedly decreased the global oceanic N inventory and contributed to the increase in N₂ fixation in oligotrophic regions, but such a model was not revealed by our study. It is possible that changes in N₂ fixation rates in the Sulu Sea were regional response, and accumulation of phosphate in the surface waters due to enhanced monsoon-driven mixing is thought to have stimulated enhancements of N₂ fixation during MIS-3 and MIS-2.     

Characteristic analysis on oxygen isotopic tracer in the East China Sea and waters to east of the Ryukyu－gunto

ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｎｏｘｙｇｅｎｉｓｏｔｏｐｉｃｔｒａｃｅｒｉｎｔｈｅＥａｓｔＣｈｉｎａＳｅａａｎｄｗａｔｅｒｓｔｏｅａｓｔｏｆｔｈｅＲｙｕｋｙｕ－ｇｕｎｔｏ￥ＨｏｎｇＡｓｈｉａｎｄＹｕａｎＹａｏｃｈｕ（ＴｈｉｒｄＩｎｓｔ...     

南黄海东西两侧陆架冰消期以来稳定同位素记录的比较研究

黄海东西两侧共享冰消期以来的海侵进程，构成了东，西可比较研究的基础；同时，黄海陆架东西两介的不对称造成的古海洋动力环境分异以及受相邻陆地径流的差异影响，又使得黄海东，西部的同位素记录各自具有区域特征。西侧陆架水体受陆地径流的控制，同位素记录的波动代表水体中海水与陆地地径流水的混合比例；东侧陆架主要受环流水交换及底层水切入的影响，其氧同位素组成更趋近于反映回边缘海的环境特征。     

南海东北部甲烷成因碳酸盐岩的矿物学及同位素组成(英文)

取自南海北部的3块自生碳酸盐岩主要为圆环状、结核状和结壳状。X射线衍射分析显示,这3件碳酸盐岩主要由黏土矿物、陆源碎屑(石英、长石)和碳酸盐矿物(高镁方解石和铁白云石)组成;碳氧同位素分析表明,结核状和结壳状碳酸盐岩具有极负的δ13C(分别为-32.83‰和-38.01‰PDB)和正的δ18O(分别为+2.19‰和+2.96‰PDB),不同于正常沉积的海相碳酸盐岩,甲烷厌氧氧化过程控制了这些碳酸盐岩的形成。碳酸盐岩为甲烷成因,记录了南海东北部海底富含甲烷的冷泉活动历史。     

Origin of sedimentary organic matter in the north-western Adriatic Sea

In order to evaluate the origin and the transformation of organic matter on the shallow shelf of the NW Adriatic Sea, organic carbon, total nitrogen and stable isotope ratios of organic carbon were analysed in riverine suspended matter and sediments as well as in marine suspended and sedimentary organic matter, in marine phytoplankton and zooplankton.The deposition of organic matter is influenced by fine sediment concentration. Surface sediments were characterised by highly variable biogeochemical conditions on the sea floor, whereas sub-surface sediments showed a more homogeneous hypoxic/anoxic environment.Low C_org/N ratio and high organic carbon and nitrogen concentrations in riverine suspended organic matter indicate an important contribution of freshwater phytoplankton within rivers, particularly during low flow regimes, which adds to the marine phyto- and zooplankton at shelf locations.In order to evaluate the importance of terrestrial, riverine and marine sources of OM in shelf sediments, a three end-member mixing model was applied to shelf surface sediments using ¹³C/¹²C values for organic matter and N/C ratios. The model showed an elevated contribution of terrestrial organic substances at intermediate depths (10–15 m), mostly corresponding to an area of coarser grain-size, whereas the riverine and marine organic fractions were mainly accumulating near the coast and offshore, respectively.     

稳定同位素在天然气水合物地球化学勘查中的应用简介--以"布莱克海隆"海区为例

介绍了国外在布莱克海隆（包括ODP164航次994、995、997站位）进行天然气水合物勘查过程中应用稳定同位素的研究实例；通过对这3个站位样品的甲烷、CO2、DIC（dissolved inorganic carbon)、有机碳以及自生碳酸盐的δ^13C分析，指出浅部（0－30m)甲烷和DIC的δ^13C值随深度迅速降低又迅速升高的变化可以作为天然气水合物存在的地球化学指标。994站位孔隙水δ^18O值深度从0.30‰下降到-0.37‰；氢同位素δD随深度略有下降（从11‰到-12‰），这与水合物形成时氢氧重同位素相对富集于固相有关，表明天然气水合物的存在。997站位δ^37Cl从海底沉积物表层以下30m处为接近海水的最大值0，至钻孔底746.85m处降为-3.68‰，可能也与天然气水合物的形成有关。