白令海表层沉积硅藻的种类组成与分布

摘要 利用2010年中国第四次北极科学考察白令海获取的6个站位的沉积物样品,分析了表层1cm的沉积硅藻,共检出分属于37个属的101个硅藻种（含变种和变型）,并编制了种类名录。这些种类可分为4个生态类群：（1）广温种;(2)北方温带种;(3)极地种;(4)海冰种。白令海西南海盆区以北方温带种占绝对优势,主要有Neodenticula seminae,Thalassiosira trifulta,Rhizosolenia hebetata f. hiemalis、Actinocyclus curvatulus;而在东北陆架区以极地种为主,主要包括Fragilariopsis oceanica,Thalassiosira antarctica spora,Thalassiosira nordenskioeldii、Thalassiosira hyalina。海盆区站位沉积硅藻丰度最高,为3.7×106个/g湿重(不包括角毛藻休眠孢子）,而东部陆架区丰度最低,仅有0.7×106个/g。本文同时探讨了表层沉积硅藻分布与环境的关系。     

西格陵兰Disko湾表层沉积硅藻组合研究

本文分析了西格陵兰Disko湾的表层沉积物硅藻,发现并统计了分属于39个属的78个硅藻种及其变种。应用对应分析方法,对Disko湾表层沉积硅藻组合进行了分类:组合Ⅰ为Fragilariopsis cylindrus-Fragilariopsis oceanica组合,主要分布在西格陵兰Disko湾南部的近岸和外海处;组合Ⅱ为Detonula confervaceae休眠孢子-Thalassiosira nordenskioeldii组合,都分布在Dis-ko湾北部海域。其中,根据海流等环境要素的不同,组合Ⅰ又可进一步划分为两个亚区:组合Ⅰa为F.cylindrus-F.oceanica-Pauliella taeniata组合,主要分布于沿岸海区;组合Ⅰb为F.cy-lindrus-F.oceanica-Thalassiosira antarcticavar.borealis休眠孢子-Thalassiosiracf.antarcticavar.borealis组合,分布于外海区域。     

北极现代沉积物中正构烷烃的分子组合特征及其与不同纬度的海域对比

北极海域楚科奇海和白令海表层沉积物的正构烷烃气相色谱图呈双峰群分布,楚科奇海正构烷烃分子组合特征高碳数峰群MH(主峰碳)在nC25-nC33、低碳数峰群MH在nC16-nC20范围;白令海高碳数峰群MH在nC25-nC27、低碳数峰群MH在nC17-nC22范围。两海域的OEP(奇偶优势指数)各为0.9-3.81、0.409-3.26;C-23/C+24比值为0.18-1.53、0.40-2.57之间;TABHC(陆/水生类脂物)比值在0.57-11.35、0.32-5.97之间。根据分子组合特征表明楚科奇海的陆源物质输入要比白令海大,而白令海的表层生产力又比楚科奇海高。本文将北极海域现代沉积过程中的正构烷烃分子组合特征与南极进行对比,同时又将高纬度海域与低纬度海域渤海、黄海、东海和南海进行对比,研究发现由高纬度北极到低纬度海域的陆源输入特征依次减弱,而海洋生物自身起源特征加强。不同纬度海域的表层沉积物中正构烷烃呈现出不同的分子组合差异,受到现代海洋沉积过程中物质来源、环境、气候诸多因素的影响。     

影响北极地区迅速变化的一些关键过程研究

最近研究证明 ,近半个世纪来 ,北极地区正在发生迅速变化。部分地区温度上升了 2- 3°C ,北冰洋海冰退缩 5 %,中心地区海冰厚度变薄 ,海面压力降低 ,中上层水淡化和变暖 ,吸收CO2 能力增加 ,臭氧耗损和紫外线辐射增强。中国于 1 999年开展了“中国首次北极科学考察” ,在楚科奇海、加拿大海盆、白令海以及临近海域开展了海冰气相互作用的多学科综合考察 ,对北极的区域特征及其在全球变化中的作用研究获得一些新的认识。观测到加拿大海盆中层水持续增暖的现象 ,揭示了西北冰洋与白令海水体交换的途径和次表层暖水结构 ,发现了加拿大海盆是北冰洋河水的主要储存区。利用联合冰站观测数据 ,模拟了北冰洋夏季大气边界层结构和下垫面能量平衡的变化特征 ,定量给出了北冰洋夏季海 /气和冰 /气之间湍流通量和边界层参数的差异。海 /气CO2 的通量观测表明 ,考察区的大部分海域均为大气CO2 汇区 ;西北冰洋海冰区具有较高的生物泵运转效率 ,楚科奇海陆架是一个高效的有机碳“汇”区 ,寒冷水体中微生物活动并未受到明显抑制。沉积物的地球化学过程研究表明 ,海底表层沉积物中碘含量存在着由低纬度到高纬度增加趋势 ,北极地区可能是碘的汇区 ,碘可作为极区古海洋中的地球化学元素变化的重要指标。楚科奇海、白令海     

北冰洋西部表层沉积物重矿物特征

对中国首次(1999年)和第二次(2003年)北极科学考察在楚科奇海及邻近的北冰洋深水区采取的47站表层沉积物进行了碎屑重矿物鉴定分析。结果表明北冰洋西部表层沉积物中重矿物以抗风化能力较弱的绿帘石、紫苏辉石和普通角闪石为优势矿物,钛铁矿、石榴子石、磷灰石和赤铁矿为特征矿物。矿物组合分区表明研究区物质来源和水动力变化较为复杂:白令海峡以南沉积物中重矿物含量高,水动力强;白令海峡以北的洋流变化与所经区域沉积物重矿物种类和含量变化相一致,即楚科奇海中部沉积物富集紫苏辉石、钛铁矿和石榴子石,物质来源可能与楚科奇山原相关,而在阿拉斯加沿岸沉积物中富集绿帘石和紫苏辉石,与阿拉斯加沿岸流携带物质相关;楚科奇海北部深水区碎屑矿物沉积速率低且矿物多有蚀变。     

白令海和楚科奇海总好气异养细菌丰度和对温度的适应性

用平皿培养计数法测定了白令海和楚科奇海测区水和沉积物中的总好气异养细菌(GAB)的丰度 ,并进行了比较。分析了不同海区、测点、不同层次沉积物中GAB丰度及在不同温度中的适应性。结果表明 ,水中GAB检出率大于沉积物 ,但丰度仅为后者的 0 .0 7% ;表层沉积物中GAB检出率高于其它层次 ;白令海GAB检出率、丰度及变幅均高于楚科奇海。所有站点沉积物中GAB含量平均约为 31 66.3× 1 0 2 CFU·g- 1 (湿 ) ;沉积物GAB丰度大致显出低纬度区大于高纬度区之势。温度试验结果表明所试GAB中多数为适冷菌 ,少数可能为中温菌 ,显示出北极海洋细菌对温度有较强的适应性     

2003年与1999年楚科奇海海冰的差异及其发生原因

我国在1999年和2003年进行了两次北极考察,这两年海冰的冰情差别很大,分别对应冰情较重和较轻的年份。本文利用卫星遥感资料对1999年和2003年的海冰分布状况及其差异进行了全面的分析,并利用气温和风场资料深入研究形成这种差异的动力学原因。结果表明, 2003年的海冰冰情与1999年相比要轻很多,海冰面积在春季融冰季节和秋季冻结季节显著减小。2003年春季,来自白令海的海水提早半个月进入楚科奇海,导致海冰大范围融化。但是,到了夏季,海冰的面积减少过程停滞下来。而秋季楚科奇海封冻过程比1999年晚半个月。以上这些特征形成了2003年与1999年海冰的显著差异。研究结果表明, 2003年春季和秋季的气温比1999年要明显增高,最大月平均温差接近18°C,显著的高温为海冰融化的加剧和冻结的推迟提供了热量。直接影响海冰分布的是海面风场,两年风场的差异产生了来自白令海的太平洋入流的差异,对春季海冰融化的提前、夏季入流的减弱和秋季冻结过程的推迟起到关键的作用。季节性气象要素的年际差异可以归因于整个北极的AO系统变化, 2003年AO指数是正值, 1999年为负值,成为楚科奇海局地海冰变化的气候背景。     

2012年夏季西北冰洋浮游动物群落特征

北冰洋夏季海冰覆盖面积在2012年达到低值。为了了解海冰变化对浮游动物群落的影响, 利用夏季西北冰洋22个站位的网采样品, 通过种类组成和丰度研究了群落的类型、结构和地理分布, 探讨了其分布特征与环境因子的关系。根据记录到的54种(类)浮游动物, 21站位可以划分成在地理上基本隔离的三个浮游动物群落: 楚科奇海南部群落, 藤壶幼体数量占优, 站位丰度百分比在56.6%—79.8%之间, 桡足类次之(18.0%—42.2%), 同时还含有少量的白令海种类;楚科奇海中北部群落以广布性桡足类占绝对优势(62.3%—96.8%), 藤壶幼体次之(0—30.9%);深海群落浮游动物的丰度极低, 组成上以桡足类为主(71.6%—89.8%), 且多数是体型较大极地种。楚科奇海陆坡边缘的M06站丰度较高但是种类组成与深海站位相似, 没有归入任何群落。两个浅水群落优势种都是北极哲水蚤(Calanus glacialis)、伪哲水蚤类(Pseudocalanus sp.)、圆胃住囊虫(Oikopleur vanhoffeni)以及藤壶幼体(Barnacle larva), 但优势度各异。深海群落优势种较多, 北极哲水蚤(Calanus glacialis)、极北哲水蚤(Calanus hyperboreus)、细长长腹水蚤(Metridia longa)以及北极拟真刺水蚤(Paraeuchaeta glacialis)等体型较大的桡足类优势度较高, 体型较小的矮小微哲水蚤(Microcalanus pygmaeus)、长腹剑水蚤(Oithona similis)优势度相对较低。与群落类型按维度和深度的变化趋势一致, 统计分析显示表层温度和表层盐度是最重要的影响因子。与海冰覆盖面积较高的2003年相比, 群落类型和地理分布没有显著变化, 但是楚科奇海浮游动物丰度增加了1—2倍, 深海群落丰度降低而组成上大型种类比例升高。     

白令海、楚科奇海、加拿大海盆沉积物重金属潜在生态风险评价

利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS仪)测定北极亚北极海区的白令海、楚科奇海、加拿大海盆海区沉积物中8种重金属元素的浓度,并对8种重金属元素的地球化学特征、空间分布特征、可能来源进行了研究。研究发现,Cr、Zn、Co、Ni、Cu、Pb、Bi有很强的相关性,说明其具有相似的来源,且空间分布的特征相似,均为沉积物底质中的浓度在研究区内呈现出在白令海和楚科奇海较低,在加拿大海较高的特征;而Cd与其他重金属空间分布差异明显。应用Hakanson潜在生态危害指数法与内梅罗综合污染指数法对各重金属的潜在风险进行了评价,其中,用Hakanson潜在生态危害指数法求得北极整体生态风险性指数值达到43.01,处于轻微生态风险状态,Co重金属元素风险最大。研究结果表明,两种评价结果得出类似规律,白令海生态安全性最高,楚科奇海大部分地区生态安全性较高,加拿大海盆的生态安全性最差。在研究区内整体上呈现出由高纬度向低纬度生态安全逐渐增高,西部生态风险性大于东部的趋势。     

白令海峡入流水影响下的楚科奇海海冰面积时空变化特征

利用美国国家冰雪中心的Bootstrap海冰密集度卫星遥感资料分析1991—2015年楚科奇海海冰覆盖面积的时空变化特征,并探讨白令海峡入流水对海冰面积变化的作用机制。楚科奇海海冰覆盖面积月距平以0.7%×a~(–1)的速度减小,从2002年开始维持负距平特征。白令海峡入流水的热通量及其在楚科奇海的环流路径显著影响楚科奇海海冰的时空变化。海冰面积变化与入流水热通量具有高相关性(R=–0.86),夏季(5—8月)两者的相关性更加显著,热通量增加对海冰面积显著减小起关键作用。楚科奇海海冰分布减小的区域与白令海峡入流水环流特征和分布关系密切, 5—7月海冰分布在入流水三条主要流动路径上(海渃德海谷、中央通道、巴罗海谷)的季节特征和年际变化最为显著。海冰面积及分布对入流水的响应均有1—2月的滞后。     

白令海和楚科奇海水文特征和水团结构的初步分析

根据我国首次北极科学考察所获 CTD资料 ,分析了白令海和楚科奇海的水文特征和水团结构。研究表明 :(1 )该两海域温、盐度的分布有着明显的区域性差异。楚科奇海的温、盐度普遍低于白令海。 (2 )夏季 ,白令海大部分水域温度垂直分布的突出特点是 :在 2 0 m和 2 5 0 m间存在温度低于 3°C的中层冷水。 (3 )在楚科奇海北纬 70°以北海域 ,不论是水温或盐度皆明显减小 ,从而在此区域形成强的温、盐度锋带。 (4)在白令海存在三种水团 ,而楚科奇海的水团则大致分为两类     

1999年夏季中国首次北极考察区水团特征

依据 1 999年 7月至 9月中国首次北极考察队在白令海、楚科奇海和南加拿大海盆的现场调查资料 ,本文分析了三个海区的水团特征 :( 1 )白令海水团主要由季节变化显著的白令海上层水团和中层水团以及深层水团组成 ;( 2 )楚科奇海水文特征受融结冰过程影响较大 ,1 999年7月和 8月差异较大 ,其水团主要为浅海变性水团 ,包括两个次级水团 ,楚科奇海夏季水和来自北太平洋以及北冰洋变性的外海入侵水 ;( 3)南加拿大海盆的水团主要由受融结冰过程影响的表层水团、源于太平洋水的次表层水、源自北大西洋的中层水团和深层水团组成     

楚科奇海和白令海的海洋低温微生物调查

在 1 999年北极夏季期间对楚科奇海和白令海的海洋低温微生物进行了调查。在楚科奇海 ,海洋细菌和海洋真菌的检出率分别为 1 0 0 %和 >94% ,其相应的总量一般分别为 >1 0 3 cells/cm3 和 1 0 1— 1 0 3 cells/cm3 ;在大多数站位 ,海洋细菌的总量通常都高于海洋真菌的总量 ;从表层至 1 0 m或 3 0 m深层的海水区域 ,分布有丰富的海洋微生物。调查结果还显示 ,不同站位间的海洋微生物总量存在明显差异 ,海冰的融化和海水中的盐度可能是影响这一海区海洋微生物总量的重要因素。在白令海 ,海洋细菌的检出率为 1 0 0 % ,其总量一般在 1 0 2 — 1 0 3 cells/cm3 ;海洋真菌的检出率 >84% ,其总量一般也在 1 0 2 — 1 0 3 cells/cm3 。白令海不同站位间的海洋微生物总量也存在较大的差异。调查结果证实在楚科奇海和白令海的确存在大量的低温海洋微生物 ,在所研究的海洋细菌中 ,分别有 81 %的楚科奇海细菌和 88.9%的白令海细菌能够在低温条件下 (<1 0℃ )良好生长 ,而且有部分菌株能够在低温条件下分解利用淀粉或纤维素等多糖物质以满足自身生长的营养需求。这些海洋低温菌株为进一步开发利用这些海域的海洋微生物资源提供了充足的材料     

楚科奇海和白令海浮游植物的种类组成与分布

根据 1 999年 7月至 8月我国首次北极科学考察期间“雪龙”号考察船在楚科奇海 ( 66°0 .3′N75°1 8.6′N ,1 5 3°36.5′W 1 74°5 9.5′W )和白令海 ( 5 5°5 9.8′N66°0 .3′N ,1 73°2 1 .1′E1 75°5 3.9′W)采集的 5 1份网采样品和 2 4份水采样品 ,鉴定浮游植物 3个门类 38属 1 2 1种 (含变种和变型 ) ,都是真核藻类。其中楚科奇海有 33属 1 0 3种 ,白令海有 2 5属 71种 ,两海区共有种 49种。这些种类可分为 4个生态类群 :( 1 )北极类群 ;( 2 )北极、亚北极北方类群 ;( 3)北方温带类群 ;( 4 )世界性广温类群等。主要优势种有楚科奇海的格鲁菱形藻 (Nitzschiagrunowii)、诺登海链藻(Thalassiosiranordenskioldi)和聚生角毛藻 (Chaetocerossocialis)等和白令海的西氏细齿状藻(Denticulaseminae)、柔弱菱形藻 (Nitzschiadilicatissima)、成列菱形藻 (N .seriata)和长海毛藻(Thalassiothrixlongissima)等。楚克奇海浮游植物的平均丰度 ( 8.32× 1 0 7个 /m3)远高于白令海( 1 .5 8× 1 0 6个 /m3)。文中还讨论了调查区浮游植物的分布特点及其与环境的关系。     

楚科奇海和白令海毛颚类的分布

根据 1 997年 7─ 8月我国首次北极科学考察期间 ,分别在楚科奇海和白令海进行海洋综合调查的资料 ,分析了这两区毛颚类种类组成和生态类型的特征、丰度的水平分布、层状分布和昼夜垂直分布。同时还就其数量分布与某些环境因子的相关性进行初步探讨。研究表明 :( 1 )两区共记录毛颚类 7种 ,可分为 3个类群 ,在数量上 ,白令海的个体数明显高于楚科奇海 ;其平面分布的状况主要由优势种所左右 ,并且都呈现出南高北低的分布格局。 ( 2 )在楚科奇海 ,毛颚类的层状分布以 5 0─ 2 0 0m层数量较高 ,5 0 0─ 80 0m层最低。白令海毛颚类的昼夜垂直分布的趋势是 ,白天总个体数最高比值均出现在 2 0 0─ 5 0 0m层 ,而晚上─凌晨则密集于 1 0 0m以浅水域 ,尤以 0─ 5 0m层数量最高 ,表现出白天下降夜晚上升的分布规律。     

楚科奇海阿拉斯加沿岸冰间湖的变化及其影响因素分析

利用2003—2011年AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System)日平均海冰密集度数据,对楚科奇海阿拉斯加沿岸冰间湖进行了分析。针对冰间湖的特点,在阈值法的基础上,通过统计冰间湖出现的频率,限定冰间湖的最大范围,区分各个冰间湖。通过计算阿拉斯加沿岸冰间湖的面积,结合NCEP-DOE(National Centers for Environmental Prediction-Department of Energy)再分析风场数据和白令海峡潜标观测的温盐和海流数据,初步探讨冰间湖发生和发展的规律。为了排除海冰外缘区对判断冰间湖的影响,研究仅限于白令海峡完全冰封的1—4月,可得到以下结论:阿拉斯加西北沿岸海域每年冬季都会出现5个冰间湖,多数时间为紧靠大陆边缘的沿岸冰间湖,巴罗角附近海岸在3月和4月会出现位于沿岸固定冰之外的裂缝冰间湖。冰间湖面积每天都发生变化,表现出天气尺度的变化特征,经历长达数日的发展和消失的过程,与风场的转换有密切关系。离岸风有利于沿岸冰间湖的扩展,但是该海域1—4月的盛行风为东北风和北风,对于多数冰间湖而言为沿岸风,不利于冰间湖的形成,因而冰间湖有时消失长达数十日。在偏北风的影响下,太平洋入流对北部冰间湖几无作用,而对南部冰间湖的空间分布有着重要影响。