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.     

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。     

北极归来话科考

<正>76天·90多个站位·11858海里第六次北极科学考察是"南北极环境综合考察与评估"专项(以下简称南北极专项)实施以来进行的第二个北极科考航次。考察海域主要位于北冰洋太平洋扇区,具体包括白令海盆、白令海陆架、楚科奇海、楚科奇海台和加拿大海盆等海域。考察海域海底地形起伏较大,既有平坦的陆架浅水区,也有地形变化复杂的海山区,更有水深超过3000米的深水洋盆。本次科考共历时76天,总航程约11858海里(22000千米),总航时1201小时,其中浮冰区总航程2586海里(约4800千米)。现场考察     

楚科奇海附近表层沉积物中类脂生物标志物的分布特征和意义

多参数生物标记物法已被广泛用于重建浮游植物生产力和种群结构,研究了2003年夏季我国二次北极考察时采集的楚科奇海表层沉积物样品中浮游植物生物标志物的比例变化及其作为浮游植物种群结构替代指标的潜力。观测海区表层沉积物中菜子甾醇、甲藻甾醇、长链烯酮的总含量为20~3149 ng/g,平均值为1 010 ng/g,生物标志物总量分布表明南部的楚科奇陆架海域生产力明显高于北部海台区,不同站位的菜子甾醇和甲藻甾醇相对比例有明显变化,但都显示菜子甾醇占优势,楚科奇海陆架的站位中都是硅藻为主,菜子甾醇占生物标志物总量的比例为42%~74%,甲藻甾醇占生物标志物总量的比例为17%~37%,在海台区仍然是硅藻占优势,但是甲藻和颗石藻的比例有了很大的提高,加拿大海盆的4个站位中以甲藻和颗石藻为主,硅藻并非加拿大海盆的优势种群。这与用显微镜下鉴定得到的硅藻和甲藻分布趋势相似。研究结果为生物标志物作为浮游植物种群结果替代指标并为利用柱状样中的生物标志物研究古生态提供现代依据。     

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。     

楚科奇海与白令海表层沉积中的钙质和硅质微体化石研究

通过对北冰洋楚科奇海和令海41个表层沉积样品中的有孔虫、介形类等钙质微体化石和硅藻、放射虫、海绵骨针等硅质微体化石的定量分析，发现表层沉积中浮游有孔虫几乎缺失，这可能与该区表层生产力相对低、碳酸盐溶解作用较强有关，而底栖有孔虫和硅质微体化石的丰度分布则明显受表层沉积物类型、表层初级生物生产力和碳酸盐溶解作用所控制。其中，北冰洋楚科奇海陆架区有孔虫丰度和分异度低，含少量浅水介形类，放射虫在陆架浅水区缺失，但含有较多硅藻和海绵骨针等其它硅质微体化石，反映该区由于海冰、表层海水温度较冷而导致表歧初级生产力相对低。白令海陆坡区底栖有孔虫丰度比较科奇海高一个数量级，底栖有孔虫分异度也相对高，硅藻、放射虫、海绵骨针等硅质微体化石的丰度与钙质化石一样，其丰度比楚科奇海明显高，反映表层初级生产力相对高。根据白令海陆坡区底栖有孔虫和硅质微体化石丰度、底栖有孔虫胶结质壳比值的水深变化，推测该区碳酸盐溶跃层和补偿深度（CCD）相对浅，分别位于水深2000m和3800m处。     

楚科奇海、白令海表层沉积物210 Pb和137 Cs分布

通过分析第十次北极考察楚科奇海、白令海考察区表层沉积物样品中放射性核素~(210)Pb和~(137)Cs,获得表层沉积物(0～8 cm)中~(210)Pb和~(137)Cs在不同断面和不同层的比活度范围和分布。楚科奇海陆架区R断面表层沉积物(0～2 cm层)~(210)Pb比活度范围为44.80～117.45 Bq·kg~(-1);~(137)Cs检出主要分布在表层沉积物(2～4 cm和4～6 cm层),比活度范围为未检出～2.23 Bq·kg~(-1)。白令海BL和BR断面表层沉积物(0～2 cm层)~(210)Pb比活度范围分别为29.93～141.35 Bq·kg~(-1)和40.78～620.43 Bq·kg~(-1);BL和BR断面~(137)Cs比活度范围分别为未检出～2.48 Bq·kg~(-1)和未检出～2.08 Bq·kg~(-1)。其中在白令海考察区南端陆坡区深海站位出现~(210)Pb比活度高值;结合表层沉积物垂向分层数据揭示水体中~(210)Pb随颗粒物移除沉降到海底,随海底深度增加而显著升高;各站位的表层沉积物年沉积率随海底深度增加而降低。深海区域站位表层沉积物~(210)Pb比活度随海底深度增加而增加现象说明,颗粒物沉降过程的吸附作用是主要原因。也表明表层沉积物~(210)Pb比活度与海水深度的比值作为~(210)Pb均化因子(HF),可指征颗粒物中~(210)Pb比活度从水体上层至海洋底层随沉降过程的平均变化。研究结果表明楚科奇海陆架区部分站位表层沉积物~(210)Pb存在明显的扰动情况,楚科奇海陆架区、白令海陆架区表层沉积物中~(137)Cs在沉积物各层深分布不均匀。     

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。     

应用木质素示踪楚科奇海表层沉积物中有机碳的来源和降解程度

埋藏在海洋沉积物中的有机碳是大气二氧化碳的净汇,而埋藏过程主要发生在陆架区。北冰洋拥有全球最大的陆架,接收大量来自河流和沿岸侵蚀输运的陆源有机碳,楚科奇海作为北冰洋的边缘海,是有机碳埋藏的重要海区之一。本研究选用楚科奇海和海台的表层沉积物（陆架区33~82.69 m,陆坡区164.63~3 763 m）,通过木质素,结合粒度、比表面积、有机碳百分含量（OC%）、有机碳稳定同位素（δ13C）等指标来示踪楚科奇海沉积物有机碳的来源和降解程度。结果表明,有机碳载荷从陆架到陆坡有明显的降低趋势;δ13C的范围指示有机碳可能来自苔藓、草本裸子植被、浮游植物和冰藻等;木质素丁香基酚（S）与香草基酚（V）的比值（S/V）和肉桂基酚（C）与香草基酚（V）的比值（C/V）表明裸子植物的草本组织贡献了更多的陆源有机碳;此外,较高含量的C9DA二酸（干酪根氧化产物）表明干酪根也可能是楚科奇海表层沉积物中有机质来源的重要组成。指示降解的参数[（Ad/Al） s、（Ad/Al） v、（Ad/Al） p、3,5-Bd/V]在陆架和陆坡沉积物中的差异表明陆坡沉积物中有机质的降解过程受到水动力分选以及原位降解等因素的影响更为明显。     

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...     

2008年夏季西北冰洋观测区叶绿素a和初级生产力粒级结构

对2008年夏季在西北冰洋172°～143.6°W的楚科奇海及其北部海区对粒度分级叶绿素a和初级生产力现场观测资料,对观测区的空间分布特征进行了研究.结果表明,观测海区表层叶绿素a浓度为0.013～19.367 μg/dm3,平均值为0.677士2.2661 μg/dm3,次表层水叶绿素a浓度高于其它水层.水柱叶绿素a...     

Preliminary study on community structures of meiofauna in the middle and eastern Chukchi Sea

Sediment core samples were collected from 17 stations in the middle and eastern Chukchi Sea during the sixth Chinese National Arctic Research Expedition(CHINARE-Arctic) in summer 2014.The samples were analyzed for composition,abundance,biomass,vertical distribution,size spectra,and ecological indexes of meiofauna.A total of 14 meiofauna taxa were detected,and the free-living marine nematodes comprised the most dominant taxon,accounting for 97.21% of the average abundance.The abundance and biomass of meiofauna were within ranges of(218.12±85.83)-(7 239.38±1 557.15) ind./(10 cm~2) and(130.28±52.17)-(3 309.56±1 751.80) μg/(10 cm~2),with average values of(2 391.90±1 966.19) ind./(10 cm~2) and(1 549.73±2 042.85) μg/(10 cm~2)(according to dry weight)respectively.Furthermore,91.26% of the individuals were distributed in the top layer of 0-5 cm of surface sediment,and 90.84% had sizes of 32-250 μm.Group diversity index of meiofauna in the survey area was low,and the variation of abundance was the main difference in meiofauna communities among all stations.Abundance and biomass of meiofauna were not significantly correlated with environmental factors except concentration of nutrient Si in bottom seawater.Abundance of meiofauna in shallow water of marginal seas in the Pacific sector of the Arctic Ocean is likely at a same level and higher than that in most of China sea areas,suggesting that the shallow water of the summer Chukchi Sea is a continental shelf area with rich resources of meiofauna.The Chukchi Sea is important for studying the ecosystem of the Arctic Ocean and environmental responses.However,studies on meiofauna in the Chukchi Sea are still not enough,and in the future,natural and human disturbances may increase due to global warming,the Arctic channel opening,and other factors.Thus,more studies on meiofauna should be required,in order to know more about how the Arctic benthic community would alter.     

1979-2012年北极海冰运动学特征初步分析

利用美国冰雪数据中心(NSIDC)发布的海冰速度和范围数据,本文分析了1979—2012年间北极海冰的运动学特征,以及北极海冰运动与分布范围演变之间的关系。结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的2007和2012年高分辨率的气压场、风场数据,探讨了北极风场和气压场与海冰运动、辐散辐合和海冰面积的关系。结果表明,在1979-2012年间北极海冰平均运动速度呈显著增强的趋势,冬季海冰平均运动速度增加趋势明显强于夏季;北极、波弗特-楚科奇海域和弗拉姆海峡的冬、夏季海冰平均运动速度的增加率分别为2.1%/a和1.7%/a、2.0%/a和1.6%/a以及4.9%/a和2.2%/a。1979-2012年北极海冰平均运动速度和范围的相关性为-0.77,二者存在显著的负相关关系。北极冬季和夏季风场的长期变化趋势与海冰平均运动速度的变化趋势一致,冬季和夏季的相关系数分别为0.50和0.48。风场和气压场对海冰的运动、辐散及重新分布发挥着重要作用。2007年夏季,第234~273天波弗特海域一直被高压系统控制,波弗特涡旋加强,使得波弗特海域海冰聚集在北极中央区;顺时针的风场促使海冰向格陵兰岛和加拿大北极群岛以北聚合。2012年,白令海峡和楚科奇海域处于低压和高压系统的交界处,盛行偏北风,海冰从北极东部往西部输运,加拿大海盆的多年海冰因离岸运动而辐散,向楚科奇海域的海冰输运增加,受太平洋入流暖水影响,移入此区域的海冰加速融化,从而加剧海冰的减少。     

Seasonal and spatial distribution of particulate organic matter (POM) in the Chukchi and Beaufort Seas

As part of the Western Arctic Shelf–Basin Interactions (SBI) project, the production and fate of organic carbon and nitrogen from the Chukchi and Beaufort Sea shelves were investigated during spring (5 May–15 June) and summer (15 July–25 August) cruises in 2002. Seasonal observations of suspended particulate organic carbon (POC) and nitrogen (PON) and large-particle (>53 μm) size class suggest that there was a large accumulation of carbon (C) and nitrogen (N) between spring and summer in the surface mixed layer due to high phytoplankton productivity. Considerable organic matter appeared to be transported from the shelf into the Arctic Ocean basin in an elevated POC and PON layer at the top of the upper halocline. Seasonal changes in the molar carbon:nitrogen (C:N) ratio of the suspended particulate organic matter (POM) pool reflect a change in the quality of the organic material that was present and presumably being exported to the sediment and to Arctic Ocean waters adjacent to the Chukchi and Beaufort Sea shelves. In spring, low particulate C:N ratios (<6; i.e., N rich) were observed in nitrate-replete surface waters. By the summer, localized high particulate C:N ratios (>9; i.e., N-poor) were observed in nitrate-depleted surface waters. Low POC and inorganic nutrient concentrations observed in the surface layer suggest that rates of primary, new and export production are low in the Canada Basin region of the Arctic Ocean.     

1982—2001年与2002—2021年北极秋季海冰的时空变化及原因

基于北极海冰密集度、海冰范围、大气环流和海温数据,研究了1982—2001年与2002—2021年两阶段各20 a间北极秋季海冰的时空变化特征及其原因。结果表明,近20 a（2002—2021年）北极海冰密集度的下降中心由过去（1982—2001年）的楚科奇海及白令海峡一带,转移至亚欧大陆海岸的巴伦支海附近,且海冰范围每10 a减少量由0.44×10⁶ km²增长至0.72×10⁶ km²,减少速度加快约64%。秋季北极海冰范围与海水表面温度（Sea Surface Temperature,SST）、表面气温（Surface Air Temperature,SAT）及比湿（Specific Humidity）均呈显著负相关。2002—2021年的相关系数较1982—2001年有所提高,且与温度相关系数最高的月份提前了一个月。通过对海水表面温度、表面气温、比湿、气压场和风场的经验正交分解（Empirical Orthogonal Function,EOF）可知,1982—2001年间,北极地区的温度及比湿的上升中心集中在楚科奇海及白令海峡一带;2002—2021年间,上升中心则转移至巴伦支海一带。气压场和风场在前后两阶段也出现了中心转移的分布变化。北极地区大气与海洋环流各因素的协同变化影响着北极海冰的消融。