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。     

东海闽浙沿岸泥质区T08柱样的木质素特征

为了解古植被对气候变化的响应,本文对从闽浙沿岸泥质区采集的T08柱状沉积物的木质素特征进行了分析,结合TOC和δ13 C参数分析,探讨了2000多年以来沉积物中陆源有机碳的来源和降解变化规律。该柱样上半段木质素的含量(∑8、Λ8)显著高于下半段,表明现代陆源输入的增加。紫丁香基酚类/香草基酚类(S/V)、肉桂基酚类/香草基酚类(C/V)和木质素酚类植被指数(LPVI)三者变化趋势基本相同,显示该沉积柱中木质素主要来源于被子植物木本和草本组织,裸子植物草本组织也有一定的贡献。植被参数的变化一定程度上反映了陆源植被对气候变化的响应,但存在时间滞后现象。S、V系列的酸醛比((Ad/Al)s、(Ad/Al)v)和P/(V+S)(P:对羟基酚类)分析表明木质素经历了中等程度的氧化降解和去甲基/去甲氧基降解,且降解程度没有随着深度的增加而增加。木质素降解参数对气候变化的响应,基本不存在时间滞后现象。     

长江口邻近陆架区表层沉积物的木质素分布和有机物来源分析

对长江口邻近陆架区表层沉积物的有机物进行碳、氮元素、碳稳定同位素和木质素测定,以分析其物质来源,特别是陆源有机物的迁移埋藏。结果表明,碳与氮含量的比值为6.2~7.7,δ13C为-19.9×10-3~-22.4×10-3。8种木质素酚单位的总含量(相对于总有机碳)为0.15×10-2~1.56×10-2mg/mg,显著低于长江口门处的2.50×10-2mg/mg。香草基酚类的酸醛比平均值为0.90,表明该海区的陆源有机物是高度降解的;紫丁香级酚类与香草基酚类的含量之比为(0.78±0.35),肉桂基酚类与香草基酚类的含量之比为(0.13±0.08),表明这些陆源有机物源于草本和木本混合的被子植物。31.5°N以南站位木质素的降解程度比北部的高,草本植物源的贡献更大,被子植物的主导优势也更明显;长江输入的有机物以沿岸堆积为主,具有显著的离岸降低趋势。在31.5°N以北的陆架区,虽然近岸站位陆源有机物的贡献显著高于其他站位,但其他站位并没有离岸递减趋势。这种南北分布差别可能是由海流条件和水深梯度的差异引起的。计算结果显示,该海区表层沉积物中的陆源有机物占总有机物的5%~57%,且主要来自土壤有机质。     

北冰洋楚科奇海陆架到陆坡表层沉积物有机碳载荷的变化

沉积物单位表面积上吸附的有机碳被广泛用于示踪有机碳载荷的变化。本文研究了北冰洋典型边缘海——楚科奇海表层沉积物的有机碳载荷。研究发现陆架区沉积物的有机碳载荷高于陆坡区。相比于已报道的东西伯利亚海和马更些河,楚科奇海陆坡区沉积物的有机碳载荷也较低。这种有机碳载荷的变化可能和陆坡区的初级生产力较低,以及沉积物在传输过程中经历的氧化降解有关。沉积物的有机碳含量和比表面积呈线性相关,在有机碳轴上有正截距,表明一部分有机碳来自于岩石的贡献。此外,陆架区低有机碳载荷的沉积物含有的岩石有机碳更高。本研究的数据有助于深刻理解楚科奇海区域的碳循环问题。     

楚科奇海陆架有机碳埋藏研究

分析了楚科奇海数个站位表层沉积物中有机碳含量、J8站位的沉积速率和有机碳含量的垂直分布.结果显示沉积物中有机碳含量为0.56%～2.00%,平均值为1.31%（m/m,下同）,J8站位有机碳含量随埋藏深度的增加呈略为降低的趋势,有机碳的埋藏速率约1.56mg/（cm2.a）,相对于楚科奇海和该站位的浮游植物光合作用合成的有机碳而言,进入沉积物的有机碳占初级生产力的比例很高.这说明楚科奇海沉积物有很高的接纳初级生产者产生的有机碳并将其固定、保存的能力.     

越南红河水下三角洲表层沉积物中有机物分布及来源分析

采用总有机碳(OC%)、总氮(TN%)、有机碳同位素组成(δ13C)以及木质素方法,对越南红河水下三角洲表层沉积物进行研究,结合粒度数据,分析其有机物分布以及来源。结果表明,红河口表层沉积物的(C/N)mol在2.7—18.7之间;有机碳(OC%)和总氮(TN%)在近岸粒径大的站位含量低,粒度小的站位含量高;δ13C(‰)在22.8—25.9之间;Λ8(mg/100mgOC)在0.2—4.9之间。使用简单二端元模型计算后发现陆源有机物在表层沉积物中占的比例在3.7%—89.5%,并且与粒径大小有关,粒径大陆源有机物比例低,粒径小陆源有机物比例高,说明水动力分选是控制陆源有机物分布的主要因素。C/V和S/V分别为0.29±0.13和0.87±0.18,表明该区域的陆源有机物来源于被子植物的草本和木本部分混合。V系列的酸醛比(Ad/Al)v在0.38—2.43之间,平均值为0.70,说明该区域陆源有机物经历了中等程度的降解。     

北冰洋西部沉积物有机碳、氮同位素特征及其环境指示意义

通过对楚科奇海及邻近的北冰洋深水区表层沉积物中有机碳同位素含量(δ13C)、氮同位素含量(δ15N)及生物成因SiO₂(BSiO₂)含量分析,结果表明海源和陆源有机质的分布受海区环流结构和营养盐结构所制约.楚科奇海中西部和楚科奇海台受太平洋富营养盐海水的影响,海洋生产力高,沉积物中海源有机质和BSiO₂含量高;靠阿拉斯加一侧海域海水的营养盐含量和生产力都偏低,沉积物中陆源有机质比重增加;在研究区北部和东北部的楚科奇高地和加拿大海盆,冰封时间较长,营养盐供应少,海洋生产力低,但来自马更些河和阿拉斯加北部的陆源有机质增多,沉积物中BSiO₂含量小于5%,海源有机质百分含量小于40%.由于亚北极太平洋水通过楚科奇海向北冰洋海盆输送,研究区营养盐池表现为开放系统,营养盐的利用率与它的供应成反比,与海洋生产力成反比.     

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。     

长江口表层沉积物中有机碳的来源、分布与成岩状态

在长江口及其邻近海域采集了表层沉积物样品,分析了粒级组成、有机碳(OC)含量及其稳定同位素丰度(δ13 C)、木质素和沉积色素含量和相关指标,并结合基于蒙特卡洛模拟的三端元混合模型,讨论了此区域沉积有机碳的来源、分布和成岩状态。结果表明,长江口表层沉积物中OC含量为0.21%~0.63%,长江口泥质区和浙闽沿岸OC含量较高,而河口外陆架上含量较低;δ13C为-23.1‰~-20.9‰,显示沉积有机碳是海洋和陆地来源的混合。木质素含量(Λ8)为0.16~1.41mg/100mg OC,其组成特点显示了木质素的草本和木本被子植物的混合来源。沉积色素以叶绿素的降解产物为主,主要分布在河口外陆架上;类胡萝卜素中以岩藻黄素为主,表明硅藻是此区域浮游植物的优势类群。以δ13 C和Λ8为来源指标的端元混合模型显示长江口沉积有机碳主要来自海洋浮游植物,其贡献为54.3%~88.1%(平均70.2%),从河口向陆架逐渐升高,其次是土壤(9.3%~32.1%,平均22.3%)和C3维管植物(2.7%~13.6%,平均7.5%),两者贡献均在长江口和浙闽沿岸附近较高。沉积物粒级组成、OC含量、δ13C丰度和生物标志物含量之间显著的相关性和分布一致性表明水动力分选过程在决定陆源OC(包括土壤和C3维管植物OC)在河口外的输运和分布中发挥了重要作用。富含木质素的新鲜植物碎屑主要与粗颗粒物相联系,并主要沉积在河口附近,而贫木质素的土壤有机碳则主要赋存在细颗粒物上,可输运到离河口较远的位置。木质素降解参数,如酸醛比、3,5-Bd/V和P/(S+V)在长江口外陆架上的砂质区域相对较高,显示此区域陆源有机碳降解程度较高,而叶绿素降解产物的比例在长江口泥质区较高,则可能与泥质沉积物中较强的有机碳再矿化作用有关。     

白令海及西北冰洋有机质来源与新鲜程度的脂肪酸指示

白令海、西北冰洋等高生产力海域在北冰洋“生物泵”中起到重要作用；海水升温、海冰消退等北极快速变化，将强烈影响该海域“生物泵”的结构与规模，并在沉积物中有机质的来源与新鲜程度上有所体现，可用脂肪酸加以指征。对第五次、第六次中国北极科学考察在以上海域采集的表层沉积物进行脂肪酸含量（以沉积物干重计）及组成分析，结果显示楚科奇海陆架总脂肪酸含量非常高((97.15± 55.31) μg/g)，白令海盆最低((15.00±1.30) μg/g)，加拿大海盆、楚科奇海陆坡、白令海陆架居中(分别为(88.65 ± 3.52) μg/g，(70.35±11.32) μg/g与(38.28±14.89) μg/g)。海源脂肪酸占总脂肪酸比例最高(86.82%±7.08%)，陆源次之(8.45%±6.62%)，细菌最低(4.63%±2.24%)；硅藻指数(16:1ω9/16:0)在楚科奇海陆架(> 0.82)、白令海陆架边缘(> 0.65)较高，其他区域均较低。脂肪酸结果表明:(1) 该海域沉积有机质主要来自海源，陆源贡献小；在北部、南部楚科奇海陆架、白令海陆架边缘，硅藻生物量占主要优势；细菌脂肪酸比例显著低于温暖海域，指示低温抑制细菌活动。(2) 楚科奇海陆架区硅藻生产力高、细菌活动弱，新鲜有机质沉降效率高，但对未来海水升温、浮游植物群落变化也较为敏感。(3) 加拿大海盆、楚科奇海陆坡的浮游植物群落由绿藻与金藻主导。以上结论说明脂肪酸可指示表层沉积物中有机质的来源与新鲜程度；未来，脂肪酸有望进一步揭示北冰洋“生物泵”对北极快速变化的响应。     

白令海和西北冰洋表层沉积物磁化率特征初步研究

为了准确解释环境磁学参数记录的极地古气候环境变化信息,本研究对白令海和西北冰洋61个站位的表层沉积物进行了高、低频质量磁化率(χ)、非磁滞磁化率(χARM)和磁化率-温度(k-T)分析,以探明该区沉积物中磁性矿物的种类、来源与搬运路径。结果显示,样品的χ具有明显的地域分布特征。白令海的χ值整体高于楚科奇海,并在育空河口外侧和圣劳伦斯岛南侧较高,向北和向西南方向逐渐减小。楚科奇海中东部陆架上表层沉积χ值高于阿拉斯加沿岸,而西北冰洋深海平原和洋脊区的χ值最低。χARM的变化趋势与质量磁化率相似,但频率磁化率的变化趋势与质量磁化率正好相反。k-T分析结果显示阿留申海盆沉积物中的铁磁性矿物以磁赤铁矿占主导,白令海陆架育空河口外侧和圣劳伦斯岛南北两侧为磁铁矿,白令海陆架西部和楚科奇海陆架中东部为磁赤铁矿和磁铁矿,楚科奇海阿拉斯加沿岸为黄铁矿,而西北冰洋陆坡、深海平原和洋脊区为胶黄铁矿和黄铁矿,但高纬度区沉积物中的胶黄铁矿含量更高。沉积物中磁性矿物的区域性分布受沉积物来源、洋流和底质环境等因素的控制。白令海和楚科奇海陆架磁赤铁矿来源于亚洲大陆,白令海陆架东部的磁铁矿来自育空河流域,阿拉斯加沿岸沉积物中的黄铁矿,应为阿拉斯加西北部陆源侵蚀来源的或早期成岩作用形成的,西北冰洋深海盆区的胶黄铁矿,为自生成因的。     

北极楚科奇海海底表层沉积物有机碳的生物地球化学特征

1999年7月和2003年7月在北极科学考察中获取的楚科奇海海底表层沉积物有机碳质量分数的分析结果表明,楚科奇海海底表层沉积物有机碳平均质量分数约为1.41%,远高于我国东海和世界部分大陆架沉积物;有机碳/氮比值为8.69,反映了有机物以海洋自生为主的混合性来源;有机碳与有机氮之间显著相关(R=0.93);有机碳质量分数与粒度明显相关(R=0.71),细粒粘土质沉积物中的有机碳质量分数高于砂质沉积物的;在水深200m以内,有机碳质量分数随水深加大有一定的增加;有机碳质量分数与生源硅质量分数明显相关;有机碳质量分数随纬度变化较小。结合2次北极考察的实测结果,对楚科奇海海底表层沉积物中的有机碳来源进行了初步讨论,认为沉积有机碳埋葬可能主要取决于生物泵。     

白令海和楚科奇海表层沉积中的有孔虫及其沉积环境

通过对白令海和北冰洋楚科奇海39个表层沉积样品中有孔虫的定量分析,发现表层沉积中浮游有孔虫稀少可能与该区表层生产力低、碳酸盐溶解作用较强有关,而底栖有孔虫的分布则主要受表层初级生产力以及与水深相关的碳酸盐溶解作用和水团性质所控制,其中北冰洋楚科奇海陆架区有孔虫以Elphidium spp.组合和Nonionella robusta组合为主,丰度和分异度低,受北冰洋沿岸水团控制;白令海陆坡区有孔虫以Uvigerina peregrina-Globobulimina affinis组合为主,含N.robusta较多,丰度和分异度相对高,受太平洋中层和深层水团控制,但该区碳酸盐溶跃层和补偿深度(CCD)相对浅,约分别位于2000和3800m处.此外,白令海陆坡上部表层沉积中含有北冰洋陆坡区典型深水底栖有孔虫种Stetsonia arctica,说明白令海峡两侧的海区曾有深部水交流.     

西北冰洋表层沉积物中生源和陆源粗组分及其沉积环境

通过中国第1至第3次北极科学考察在北冰洋西部所采集的99个表层沉积物中生源与陆源粗组分的分析,研究了该海域表层生产力的变化,有机质来源以及陆源粗颗粒物质的输入方式和影响因素.研究区域生源组分所反映的表层生产力变化与通过白令海峡进入楚科奇海的3股太平洋洋流密切相关.楚科奇海西侧高盐高营养盐的阿纳德尔流流经区域,表层生产力...     

Spatio-temporal distribution of dissolved inorganic carbon and net community production in the Chukchi and Beaufort Seas

As part of the 2002 Western Arctic Shelf–Basin Interactions (SBI) project, spatio-temporal variability of dissolved inorganic carbon (DIC) was employed to determine rates of net community production (NCP) for the Chukchi and western Beaufort Sea shelf and slope, and Canada Basin of the Arctic Ocean. Seasonal and spatial distributions of DIC were characterized for all water masses (e.g., mixed layer, halocline waters, Atlantic layer, and deep Arctic Ocean) of the Chukchi Sea region during field investigations in spring (5 May–15 June 2002) and summer (15 July–25 August 2002). Between these periods, high rates of phytoplankton production resulted in large drawdown of inorganic nutrients and DIC in the Polar Mixed Layer (PML) and in the shallow depths of the Upper Halocline Layer (UHL). The highest rates of NCP (1000–2850 mg C m⁻² d⁻¹) occurred on the shelf in the Barrow Canyon region of the Chukchi Sea and east of Barrow in the western Beaufort Sea. A total NCP rate of 8.9–17.8×10¹² g for the growing season was estimated for the eastern Chukchi Sea shelf and slope region. Very low inorganic nutrient concentrations and low rates of NCP (<15–25 mg C m⁻² d⁻¹) estimated for the mixed layer of the adjacent Arctic Ocean basin indicate that this area is perennially oligotrophic.     

Foraminifera in surface sediments of the Bering and Chukchi Seas and their sedimentary environment

Based on a quantitative analysis of foraminifera in 39 surface samples of the Bering andChukchi Seas, the nearly absence of planktonic foraminifera in the surface sediments can be related to the low surface primary productivity and strong carbonate dissolution in the study area. It has been revealed that the surface primary productivity, and carbonate dissolution and properties of water masses related to the water depth mainly control the distribution of benthic foraminifera. The shelf of the Chukchi Sea is dominated by the Elphidium spp. assemblage and Nonionella robusta assemblage with low foraminiferal abundance and diversity, which is controlled by the coastal water mass of the Arctic Ocean. The slope of the Bering Sea is dominated by the Uvigerina peregrina - Globobulimina affinis assemblage with abundant N. robusta, and relatively high foraminiferal abundance and diversity, which is controlled by the intermediate and deep water masses of the Pacific Ocean. However, the Bering Sea has relatively sha     

北冰洋太平洋扇区碳循环过程对环境变化响应的研究进展与展望

全球碳增汇需求高涨,海冰消退后的北冰洋被期待是一个主要的潜在碳增汇区。北冰洋太平洋扇区因受控于楚科奇海及其邻近海域较高的海洋固碳效率和碳深海封存量,在整个北冰洋碳循环中起着举足轻重的作用。开展该海域碳循环过程对环境快速变化的响应机制研究是实现北冰洋碳汇精准预测的基础。本文重点阐述了楚科奇海及其邻近海域碳循环过程（即海洋对大气二氧化碳的吸收、生物固碳、太平洋入流携带碳经陆架生物地化过程后向深海输出封存的陆架泵）对北冰洋环境快速变化的响应,并提出未来研究需要聚焦的关键科学问题。     

Organic carbon and nitrogen isotopes in surface sediments from the western Arctic Ocean and their implications for sedimentary environments

1 IntroductionFor several reasons, the Arctic Ocean and itsmarginal seas are key areas for understanding ocean-ic circulation and global climate system ( Clark,1982; Hansen et al., 1983; Walsh et al., 1996;Overpeck et al., 1997). First, the Arctic Ocean i…