南沙海域基于234Th-238U不平衡的颗粒态有机碳输出通量研究

利用234Th-238U不平衡方法研究南沙群岛海域春季真光层颗粒动力学性质,测定了4个站位水柱中颗粒态有机碳(POC)、溶解态及颗粒态234Th和238U的含量,讨论了各站位水柱中234Th/238U)A.R.的垂直分布.运用稳态箱式模型计算各站位不同水层中溶解态234Th相对于清除至颗粒物的平均停留时间和颗粒态234Th相对于迁出作用的平均停留时间.结合POC/234ThP比值,用两种方法估算出各站位的颗粒态有机碳输出通量分别为8.51-34.94和13.28-50.06mmol·(m2·d)-1.两种方法结果一致,说明234Th是表征POC循环的良好示踪剂.     

九龙江河口区表层水铀同位素的粒级分布

利用微滤和超滤技术研究了九龙江河口区表层水中铀及其同位素组成的粒级分布和地球化学行为.结果表明,溶解态(<0.4μm)中低分子量组分(<10 000 u)占主要份额,胶体态(10 000 u~0.4μm)238U所占比例不足1%,且随盐度的增加其所占份额逐渐降低.溶解态、低分子量组分和胶体态238U的比活度与盐度之间存在良好的线性正相关关系,证实它们在九龙江河口区呈现保守行为.在颗粒态(>0.4μm)中,各粒级组分238U所占份额主要受控于相应颗粒物的浓度,在盐度小于20的区域,各粒级颗粒组分238U占颗粒态的份额有如下变化次序:10~53μm>2~10μm>0.4~2μm>大于53μm,而在盐度大于30的近外海站位,该次序发生一些变化:0.4~2μm>10~53μm>2~10μm>大于53μm,最小粒级颗粒组分238U的贡献有所增加,反映了自生铀贡献的加强.九龙江河口区表层水中溶解态(包括低分子量组分和胶体态)的234U/238U)_A.R.均大于1,显示出234U过剩的特征,而各粒级颗粒组分中的234U/238U)_A.R.则接近于平衡值(1.0).这一现象与陆地岩石风化过程中水体对铀的淋滤释出量及234U的优先浸出有关.对232Th/238U质量比的研究显示,溶解态及其所包括的低分子量组分和胶体态的232Th/238U质量比均小于1,而颗粒态及其所包括的4个粒级组分中的232Th/238U质量比均大于1,反映了向外海输送过程中铀、钍地球化学行为的差异.     

^234Th作为海洋学中示踪剂的研究进展

^234Th是海洋中日、周、月时间尺度上和颗粒物运动有关的过程的良好示踪剂，常用于海洋碳循环最为重要的区域——真光层中颗粒物的循环，以及和生物中介有关的及一些相对较快发生的海洋过程的研究。^234Th对我们研究由CO2循环导致的全球变暖问题，了解各种元素和化合物在海洋中的分布行为和最终归宿，促进全球质量平衡归宿模型的构建，研究某海域的生物泵与初级和新生产力，促进我们对海洋的进一步了解并引导它健康可持续地为人类所利用等方面有着重要的意义。简要论述了。^234Th作为海洋学中示踪剂的原理和发展过程，比较了目前所使用的各种采样和测量方法，详细介绍了它在垂直通量、颗粒物循环、水平传输和沉积物动力学等方面的应用，并针对目前存在的问题和不足简要归纳了未来研究的方向。到目前为止，^234Th仍然是最快的自然颗粒物活性计时器，而样品处理、分辨率和处理量等方面的进步则推动了。^234Th在海洋学研究中更广泛的应用。开阔大洋中很多^234Th工作都是在JGOFS计划的支持下进行的，因此，^234Th应用的潜在前景可针对JGOFS计划未完成的问题而进行深入研究。     

厦门湾水体中颗粒有机碳的垂向输出通量:~(234)Th/~(238)U不平衡的应用

对厦门湾塔角附近海域某站位叶绿素 a、POC、初级生产力、234Th/238U不平衡进行的周日变化研究表明,POC含量介于14.4～34.6 mmol/m3之间,其中碎屑有机碳与活体有机碳所占份额分别为74％～92％和8％～26％.POC垂直分布呈现由表及底降低的趋势,且白昼期间POC含量高于晚间,说明研究海域POC含量与生物过程具有密切联系.初级生产力水平在1d之中变化达5倍,垂直分布亦随深度增加而降低,与叶绿素a的变化相对应.短时间（2h）培养获得的初级生产力水平明显高于长时间培养（24 h）的结果,证实部分新固定的碳被优先呼吸排出.结合234Th/238U不平衡法获得的颗粒态234Th输出通量及输出界面颗粒物中的POC/PTh比值,可计算出真光层 POC的垂向输出通量为16.0mmol/（m2·d）,其中碎屑有机碳与活体有机碳贡献的数量分别为13.3和2.7mmol/（m2·d）.POC输出通量与初级生产力的比值（ThE比值）平均为0.31,真光层POC停留时间平均为11d.上述结果与Aksnes和Wassmann[1]的模型计算结果相吻合,但与其他大多数模型的结果仍存在一定的差异.     

海洋中的铀含量、存在形态及~(234)U/~(238)U比值

海洋中含有丰富的矿物资源,其中引人注目的是存在于水体中的铀,按每升海水含3.3微克铀和海水体积为1.4×10~(21)升计算,则海洋中铀的储量约有46亿吨。因为铀是海洋中许多天然性元素的母体,含量又很高,所以在海洋地质学、放射化学和资源开发的研究工作中占有特殊的地位。本文试就海洋中的铀含量、存在形态和~(234)U/~(238)U     

234 Th示踪法测定北太平洋西北海域冬季真光层中颗粒态有机碳输出通量

讨论了1997年冬季在北太平洋西北海域7个站位的表层至200m水深水柱中溶解及颗粒态234Th,颗粒态有机碳(POC)、氮(PON)及叶绿素a浓度的垂直分布剖面.溶解态、颗粒态及总的234Th的放射性在真光层中显著低于母体238U的放射性,总的234Th放射性在水深大于100m时趋于平衡.利用234Th-238U在海洋表层海水中的放射性不平衡推导出了北太平洋西北海域冬季真光层海水中234Th的平均停留时间和输出通量以及颗粒态有机碳和有机氮的输出通量.在亚北极环流区溶解态234Th的停留时间为40~50d,而在黑潮-亲潮共同影响区为20d左右.颗粒态有机碳和有机氮从真光层的输出通量范围分别为3.8~8.2和0.50~0.98mmol/(m2·d),西部海区高于东部海区,南部海区高于北部海区.在黑潮-亲潮共同影响区较高的颗粒态有机碳输出通量表明光照量及陆源营养盐物质的提供是两个决定生产力的主要因素.叶绿素a的水深分布和POC/PON的值同Redfield的比值的一致性表明这个海区的冬季颗粒物主要由浮游植物构成.北太平洋西北海域在冬季的颗粒有机碳输出通量可高于世界大洋一些海区春、夏季的颗粒有机碳输出通量.     

海洋沉积过程的铀系放射性核素示踪技术:物源识别、沉积、再悬浮

放射性核素示踪技术被广泛应用于海洋学研究。海洋沉积物是许多物质的归宿,海洋沉积过程的研究常关注3个关联问题:物质来源、沉积速率、再悬浮过程。针对这3个问题,在南海9个珊瑚礁区、北部湾涠洲岛海域、珠江口、北冰洋、南大洋等多个海区利用典型的铀系放射性核素(210Pb、226Ra、234Th、238U)示踪技术开展海洋沉积过程研究。物源识别方面,研究发现珊瑚礁区沉积物具有极低的226Ra/238U活度比值(0.1),显著低于其他海区的226Ra/238U活度比值(0.5～1.0),该独特性质可以应用于珊瑚礁区的沉积物/悬浮物来源示踪,是其他传统元素地球化学方法(Al、Ti、稀土元素)的补充。沉积速率方面,基于210Pb的恒定通量恒定沉积速率(Constant Flux Constant Sedimentation Model, CFCS)模式,定量计算了广西涠洲岛珊瑚礁区沉积柱样的沉积速率(3.7±0.6 mm/a),该结果低于中国多个近岸海域的沉积速率(5～96 mm/a)。沉积物再悬浮方面,提出利用"残余234Th"(不同于过剩234Th)示踪海洋沉积物再悬浮过程,并成功应用于北冰洋、南海、南大洋。     

不同潮时对厦门湾水体中234Th/238U不平衡的影响

厦门海水体中^234Th/^238U不平衡的时间序列数据表明，无论是溶解态、颗粒态^234Th还是总^234Th,相对于母体^238U均严重亏损，呈现出与开阔大洋水明显不同的特征。溶解态、颗粒态^234Th的停留时间介于0．5－41d之间，其中低潮时停留时间比高潮时小2－4倍，证实近岸海域具有强烈的清除、迁出作用，且潮汐变化对海域颗粒动力学特征有重要影响。^234Th停留时间与总悬浮颗粒物浓度（TSM）、Ch1.α的关系则表明，近岸海域元素的清除、迁出作用主要受陆源颗粒物输送的影响，与生物活动关系并不密切。此外，非稳态与稳态清除模型结果的对比证明，稳态模型对于具有强烈清除、迁出作用的近岸海域是适用的。     

南大洋普里兹湾基于234Th/238U不平衡法的POC输出通量研究

中国第22次南极科学考察(2005年11月至2006年3月)期间,测定了南极普里兹湾海域5个站位的从表层至150 m水深的不同层位水样中溶解态和颗粒态234Th,238U的放射性比活度以及颗粒有机碳.利用234Th/238U在上层水体中的不平衡,计算了南极普里兹湾上层水体中234Th的平均停留时间和输出通量.结果显示,随着纬度的增加,上层水体中颗粒态和溶解态234Th的平均停留时间总体趋向减小,并在中纬度站位出现了最低值,分别为1~8和29~48 d,而颗粒态和溶解态234Th的输出通量则在中纬度站位出现了最大值,分别为21~38和26~39 dpm/(m3·d).运用箱型清除模式,利用两种不同的方法估算了各水柱中从真光层底部输出的POC通量,平均值分别达到104.7 mmol/(m2·d)(E法)和120.6 mmol/(m2·d)(B法),表明南极普里兹湾夏季存在很高的新生产力,它将会对该海域碳的生物泵过程产生重要作用.     

末次冰消期临沂石笋微量元素记录及其气候意义

结合山东临沂LY石笋(发育年代17~11.4ka BP)δ18 O记录,分析了LY石笋微量元素变化特征、影响因素及其指代的气候环境变化信息。LY石笋Sr/Ca、238 U和(234 U/238 U)0变化与石笋δ18 O记录、65°N夏季太阳辐射曲线在千年尺度上变化趋势一致,较好地保存了末次冰消期早期气候环境由冷干向暖湿过渡的信息。Heinrich Event 1时期(17~14.7ka BP),石笋Sr/Ca比值和238 U含量表现为相对高值,(234 U/238 U)0表现为相对低值;Blling-Allerd时期(14.7~12.7ka BP),石笋Sr/Ca比值和238 U含量迅速减少至低值,(234 U/238 U)0呈逐渐增加的趋势;Younger Dryas时期(12.7~11.4ka BP),石笋微量元素无明显波动,Sr/Ca比值和238 U含量表现为相对低值,(234 U/238 U)0表现为相对高值。研究认为LY石笋Sr/Ca比值主要受与降雨量相关的渗流水滞留时间、水-岩相互作用和先期碳酸盐沉淀的影响,可以指示外界降雨量的变化。LY石笋238 U和(234 U/238 U)0则主要受与有效降水量有关的洞穴上覆土壤湿度和氧化还原条件的影响,大气粉尘活动可能是导致石笋238 U、(234 U/238 U)0变化与δ18 O曲线不完全协同的原因。此外,LY石笋Sr/Ca和(234 U/238 U)0变化可能还受石笋生长速率的影响,具体影响机制还有待进一步研究。     

中国近海沉积物中钍同位素的分布

本文对采自中国7个近岸海域的沉积物中钍(铀)同位素的分布进行了研究。发现表层沉积物中,~(230)Th/~(232)Th)_(A.R.)均小于1.0且呈均匀分布的态势。但~(230)Th/~(232)Th)_(A.R.)的数值及其深度分布特征与深海沉积物截然不同。~(230)Th/~(232)Th)_(A.R.)与水深呈良好的正相关。钍系不平衡普遍存在,其特征是~(228)Th/~(232)Th)_(A.R.)<1.0,据此推测了沉积物中可溶化学物质与上覆海水发生交换的深度。研究了沉积物中~(232)Th的含量、比度和~(232)Th/~(238)U)_(C.R.)的分布特征。从~(234)Th_(ex.)的深度分布求出秀屿站的表层混合系数(0.49×10~(-6)cm~2/s)和沉积柱中~(234)Th_(ex.)的总量。     

厦门湾水体中颗粒有机碳的垂向输出通量:234Th/238U不平衡的应用

对厦门湾塔角附近海域某站位叶绿素 a、POC、初级生产力、234Th/238U不平衡进行的周日变化研究表明,POC含量介于14.4～34.6 mmol/m3之间,其中碎屑有机碳与活体有机碳所占份额分别为74%～92%和8%～26%.POC垂直分布呈现由表及底降低的趋势,且白昼期间POC含量高于晚间,说明研究海域POC含量与生物过程具有密切联系.初级生产力水平在1d之中变化达5倍,垂直分布亦随深度增加而降低,与叶绿素a的变化相对应.短时间(2h)培养获得的初级生产力水平明显高于长时间培养(24 h)的结果,证实部分新固定的碳被优先呼吸排出.结合234Th/238U不平衡法获得的颗粒态234Th输出通量及输出界面颗粒物中的POC/P_Th比值,可计算出真光层 POC的垂向输出通量为16.0mmol/(m2·d),其中碎屑有机碳与活体有机碳贡献的数量分别为13.3和2.7mmol/(m2·d).POC输出通量与初级生产力的比值(ThE比值)平均为0.31,真光层POC停留时间平均为11d.上述结果与Aksnes和Wassmann[1]的模型计算结果相吻合,但与其他大多数模型的结果仍存在一定的差异.     

厦门湾海水中不同粒级铀同位素的深度分布

于2003年3月在厦门湾一个时间系列研究站(24°25.88’N,118°04.72’E)采集了高潮时不同深度的海水,用聚碳酸酯膜分离不同粒级悬浮颗粒物(SPM),用α能谱法测定各粒级悬浮颗粒物的铀同位素,研究了海水中238U和234U的体积比活度(AV)、质量比活度(Am)、活度比值[AR(234U/238U)]及238U、234U条件分配系数的粒级与深度分布特征.研究结果揭示了以下海洋学信息:(1)各粒级悬浮颗粒物中238U、234U的体积比活度和质量比活度的深度分布均表明,这两核素的深度分布趋势一致,反映出它们地球化学行为的一致性.(2)在所研究的不同水深处,在0.2～0.4、0.4～2.0、2.0～10.0、>10.0μm等4个粒级的SPM中,238U体积比活度AV(238U)的变化范围分别为0.04±0.00～0.15±0.01、0.04±0.00～0.13±0.01、0.29±0.02～0.43±0.02、1.06±0.06～4.11±0.24 Bq/m3;AV(234U)的相应值分别为0.08±0.00～0.08±0.00、0.05±0.00～0.13±0.01、0.27±0.01～0.37±0.02、0.84±0.05～3.95±0.24 Bq/m3.(3)在所研究的4个水深处的0.2～0.4、0.4～2.0、2.0～10.0、>10.0μm等4个粒级的SPM中,238U质量比活度Am(238U)的变化范围分别为0.100±0.000～0.319±0.021、0.022±0.000～0.167±0.013、0.049±0.003～0.113±0.005、0.024±0.002～0.081±0.005 Bq/g,而Am(234U)的相应值分别为0.114±0.014～0.364±0.045、0.027±0.005～0.168±0.013、0.052±0.003～0.098±0.008、0.029±0.002～0.064±0.005 Bq/g.(4)与238U、234U体积比活度的粒级变化顺序[也就是AV(>10.0μm)AV(2.0～10.0μm)>AV(0.4～2.0μm)=AV(0.2～0.4μm)]相反,这两核素质量比活度的粒级变化顺序为Am(0.2～0.4μm)≥Am(0.4～2.0μm)>Am(2.0～10.0μm)>Am(>10.0μm)≈Am(>0.2μm).(5)溶解态铀控制着总铀的地球化学行为,而颗粒态铀的地球化学行为则受控于大粒级颗粒物.(6)表层各粒级颗粒态AR(234U/238U)值均<1.0,而溶解态铀和总铀的AR(234U/238U)值均介于1.10～1.17之间.(7)不同粒级238U的条件分配系数(Kd)介于802～11 406 dm3/kg之间,Kd值随粒径减小而增大,意味着铀更有效地与小颗粒物相结合.     

真光层的颗粒动力学──Ⅵ.南海东北部海域上层水体颗粒动力学的示踪研究

利用234Th－238U不平衡研究南海东北部海域3个站位上层水体中的颗粒动力学性质，测定了水往中溶解态及颗粒态234Th的比活度，具体讨论各相中234Th／238U）AR（放射性活度比）比值的垂直分布情况及其与水化学要素间的关系。运用稿态箱式模型计算出各站位不同水层中溶解态234Th相对于清除至颗粒物的平均停留时间和颗粒态234Th相对于迁出作用的停留时间。由模型得出的参数表明3个站位的真光层具有两种不同的层化图像，这一情形与我们在南沙群岛海域得到的结果相一致。结合POC／PTh比值，估算出3个站位从真光层输出的颗粒有机碳（POC）通量分别为4.025.0和5．4mmolC·m－3－d-1。文中进一步讨论了234Th与POC两者停留时间的关系。     

悬浮泥沙在长江口铀非保守行为中的重要作用

利用高精度的电感耦合等离子体质谱仪对2014年1月长江口表层水中溶解铀浓度及其234U/238U比值、2013年3月长江口表层沉积物中各矿物组分的铀含量及其234U/238U比值进行了测定,研究了其空间分布特征和影响因素。结果表明:除了长江径流和海水之外,长江口还有其他的溶解铀来源。水体中过剩铀与悬浮颗粒物浓度呈现显著相关性（r2=0.96）。对长江口表层沉积物进行的序列提取实验进一步表明,水体中悬浮颗粒物或沉积物中可解吸态和碳酸钙结合态铀可以在河口区域释放进入水体,而铁锰氧化物和有机物结合铀比较稳定,不受河口区混合过程的影响。每千克颗粒物或沉积物能够释放约2 μmol颗粒态铀,使其转化为溶解态。然而,铁氢氧化物和细颗粒物的絮凝吸附作用也可使溶解铀同时从河口水体中清除。在低盐度区,铀的清除和添加过程速率相近,使溶解铀呈现暂时的"伪保守"现象:颗粒态释放的铀具有明显低的234U/238U比值,导致水体的234U/238U低于保守混合值。在中高盐度区域,溶解铀呈现明显的富集现象。但是由于水相和颗粒相中的铀交换,可释放颗粒态铀的234U/238U接近溶解铀的234U/238U比值,从而导致水体的234U/238U比值呈现出保守性。长江口颗粒物的铀释放通量为（3.48±0.41）×105 mol/a,约占输入的总颗粒态铀通量（1.80±0.17）×106 mol/a的19.3%。长江口输入东海的溶解铀总通量（河流溶解态铀与河口添加铀之和）为（2.68±0.13）×106 mol/a,约为世界河流入海铀通量的11.7%。     

海水U、Th长寿命核素的高精密度MC-ICP-MS测定方法

建立了适合海水U、Th同位素高精密度测量要求的MC-ICP-MS方法.确定了采用Mg(OH)2共沉淀法富集海水U、Th同位素时的最佳NH3·H2O浓度为0.14 mol/dm3.采用CRM-145 U标准溶液,经质量分馏、电子倍增器增益、丰度灵敏度、仪器及试剂本底和记忆效应等校正后,历时3个月得235U/238U和234U/238U的准确度分别优于0.05%和0.08%,精密度分别优于0.12%和0.10%.将该方法应用于台湾海峡B9站位3份平行水样中U、Th同位素含量及比值的测定,得238U平均含量为3.05±0.05μg/kg,234U/238U平均值为(6.28±0.11)×10-5,U含量及其同位素比值的标准偏差均小于3%;232Th的平均含量为(1.66±0.04)×103pg/kg,232Th/230Th平均值为(1.95±0.01)×105,Th含量及其同位素比值的标准偏差均小于2%.测定结果与海区的水文学条件及物质来源相吻合,证明了方法的可靠性.     

九龙江河口区水体中238U、234Th地球化学行为的研究

对采自九龙江河口区盐度介于0～21.97的10个表层水样,铀、钍同位素的测定结果表明,九龙江河口区水体中溶解态的238U含量与盐度之间存在着良好的相关关系,其相关系数可达0.972,表明九龙江河口区水体中的238U呈现保守行为.当S=0时,溶解态234U/238U放射性比值为1.19和1.55(两份水样);而当S=0.90～21.97时,该比值=1.02～1.14,分别呈现河水及河口水铀同位素组成的特征.对于颗粒态铀,其238U含量则介于0.50～9.83×10-3Bq/dm3,且随盐度的增大而呈逐步降低的趋势.九龙江河口区水体中234Th的地球化学行为属于非保守行为,不可逆稳态清除模型计算的结果表明,当盐度介于9.76～17.07时,234Th相对于化学清除的停留时间为6～19d,远低于盐度为0和21.97所对应的停留时间(分别为203d及117d),反映了在该盐度范围内,胶体絮凝沉降对溶解态234Th的快速清除作用.     

Utilizing ~(234)Th/~(238)U disequilibrium to constrain particle dynamics in hydrothermal plumes in the Southwest Indian Ocean

Metal-enriched minerals have been widely observed near hydrothermal vent fields.However,the dynamics of particulate metals influenced by hydrothermal activities is poorly constrained.Here,radioactive ~(234)Th in both dissolved and particulate phases were used to examine the kinetics of particle-reactive metal adsorption,removal,and residence in a newly found hydrothermal plume over the Southwest Indian Ridge.The results showed a relatively low value on ~(234)Th/~(238)U ratios(i.e.,0.73-0.88) compared to the deep oceans,indicating an enhanced adsorption of particle-reactive metals onto particulate matter in the plume.Based on the ~(234)Th-~(238)U disequilibria,the adsorption and sinking rate constants of ~(234)Th averaged(0.009±0.001) d~(-1) and(0.113±0.024) d~(-1) in the hydrothermal plume,corresponding to the residence times of(115±19) d and(16±5) d for dissolved and particulate ~(234)Th,respectively.This timescale allows vent-discharged particle-reactive metals to disperse hundreds to thousands of miles away.Thus,hydrothermal activities might influence the metal distribution in deep ocean over a very large scope.Also,a high sinking flux of(36.2±5.4) B q/(m~2·d) for ~(234)Th was observed for the plume,suggesting an enrichment of metal in particles deposited close to the vent.The enhancement of particle sinking could also benefit the transport of organic carbon and nitrogen and fuel the benthic ecosystems under the plume regimes.Thus,hydrothermal plumes may have an impact on both the elemental geochemistry and/or ecosystem to the deep oceans interior than previous expectation.     

海洋样品中~(231)Pa和U,Th同位素的联合分离测定

本文结合已报道的U,Th分离方法和~(231)Pa分离条件建立了Th-Pa-U联合分离流程和测试技术,并用以分离测定一个锰结核和一个深海沉积物样品中的~(231)Pa,U和Th同位素含量的深度分布。用~(231)pa_(ex),~(230)Th_(ex)和~(230)Th_(ex)/~(232)Th法分别计算该锰结核的生长速率为1.5,0.9和1.5mm/Ma。U,Th和~(231)Pa的化学回收率(％)分别为40—80,80—92和60—86。     

海洋放射年代学的若干问题

海洋放射年代学是同位素地质学的一门分支学科.它主要是应用天然放射性核素:230Th、231Pa、234U、238U、232Th、226Ra、210Pb、14C测定珊瑚礁、鲕岩、海泥、软体动物贝壳的年龄,测定锰结核和海洋沉积物积累的速度;研究放射性元素在海水、悬浮物和沉积物中垂直和空间分布的特征;讨论放射性元素和同位素存在形式和沉淀机理;阐述海洋物质来源;探讨锰结核成因等.