稀土元素地球化学在珊瑚礁环境记录中的研究进展

综述了稀土元素地球化学在珊瑚记录过去环境变化和珊瑚对环境变化响应等方面的研究进展。珊瑚骨骼中的稀土元素能够记录的环境信息主要包括海平面、污染、地下水、氧化还原环境等;而在珊瑚对环境变化的响应方面,主要体现在稀土元素的含量,配分型式以及Ce、Eu等元素的异常上。珊瑚骨骼中的稀土元素因为具有稳定性高、保存信息丰富以及记录环境准确等优势,显示出了极好的应用前景。未来的研究中,需要进一步探索珊瑚骨骼稀土元素含量的种间及空间差异性,探讨成岩作用对珊瑚骨骼稀土元素含量和配分型式的影响,这将有利于重建更准确、更长时间序列的珊瑚生长时期的环境信息记录。     

全球变暖和海洋酸化背景下珊瑚礁生态响应的研究进展

生物礁是由珊瑚虫、藻类等造礁生物组成、具有抗浪结构的海相碳酸盐岩,是全球主要碳库之一,也是观察热带海洋影响中-高纬度环境过程的重要窗口。近二、三十年以来,伴随着海洋水体的显著酸化和增温,全球热带海洋生物礁的主体——珊瑚礁系统遭受了不同程度的影响。其中,对于高温强迫而言,海水温度上升诱发珊瑚白化、抑制珊瑚的自我修复;海洋酸化可以显著改变珊瑚钙化率、抑制珊瑚幼虫发育、引发珊瑚礁的溶解;两大因素均可改变珊瑚礁的群落结构。针对这些环境要素的改变,珊瑚自身可以通过共生藻的种类转换以及调控基因表达等手段在一定程度上抵抗高温胁迫;但若温室气体的排放不受控制,绝大多数珊瑚礁到21世纪末都将遭受灾难性打击。为应对未来不同场景下的珊瑚礁变化,还需要对高温、酸化等关键因子响应特征进行更深入的研究;珊瑚礁长序列研究有可能为珊瑚的长周期演化特征提供关键认识,也为现代观测提供有益补充。     

珊瑚礁的成岩作用:来自南海永兴岛珊瑚礁的原位地球化学研究

珊瑚礁的地球化学特征记录了其形成时周围海水的状况,能够反映古海洋、古气候和古环境变化;然而珊瑚礁形成过程中及其形成后,容易受到成岩作用的影响,导致其矿物组成和地球化学特征发生变化;因此,在对珊瑚礁的研究中,首先要识别出保存原始沉积特征的组分,并排除后期成岩改造的影响。以西沙群岛永兴岛的SSZK1珊瑚礁钻孔岩心为研究对象,通过矿物学、岩相学和地球化学相结合的研究方法,对不同层位的生物化石、碳酸盐胶结物进行原位地球化学分析,探索成岩作用对不同形成阶段矿物的改造。SSZK1井岩心的岩石类型主要为骨架灰岩和生物碎屑灰岩两大类;岩心礁相碳酸盐岩沉积后主要受控于早期大气成岩作用,成岩层段揭示的主要成岩作用类型有胶结作用、新生变形作用和溶解作用。电子探针和LA-ICP-MS的原位分析结果表明,不同阶段的珊瑚礁碳酸盐岩的矿物成分较为单一,主要是由方解石组成,仅在局部的生物化石中保存了原始形成的文石。后期形成的碳酸盐胶结物(低Sr/Ca、低Sr、高Mg/Ca)和原始的生物化石(高Sr/Ca、高Sr、低Mg/Ca)具有明显不同的地球化学特征,表明不同阶段的碳酸盐矿物受不同来源流体的制约。     

珊瑚礁成因新探

一、矿物养份对珊瑚礁形成和生态的控制作用珊瑚和其他共生的海洋生物体的组织和骨骼中,存在的海水常量元素和微量元素的浓度,往往比海水中同类元素的平均浓度高几个数量级。例如,被浮游植物富集到浓度至少为海水浓度1000至100000倍的元素有20多种,其中碳的富集倍数为4000倍。又如:契夫·史密斯和罗伊发现各种珊瑚礁环境中的碳酸钙产量相当可观,他们测定的结果是:珊瑚礁通常具有1×10~3(克/米~3)/年左右的毛生长率。这表明:珊瑚礁发育的环境中有丰富的矿物     

冲绳海槽中部热液活动区岩芯沉积物稀土元素地球化学特征

针对冲绳海槽中部热液活动区附近的沉积物岩芯(H9),利用碱熔法和等离子体发射光谱法对其稀土元素组成进行了分析。结果表明,在岩芯中稀土元素含量在75—80cm段发生转折,75cm以上岩芯段沉积物中稀土元素总量相对较高,而且稀土元素总量,尤其是轻稀土元素总量,与(Fe+Mn)/Al相关性较好。该段沉积物中稀土元素页岩标准化配分模式呈右倾或近似水平,突出特征表现为轻稀土间的明显分异和Eu的相对富集,与热液源稀土元素组成极为相似。与热液流体和热液硫化物相比,分异程度和Eu正异常程度都较低,同时,具有明显的负Ce异常,与海水的稀土配分模式相类似。由此可见,热液活动对该岩芯上段沉积物中稀土元素组成具有重要影响,一方面表现为热液源物质的直接输入,另一方面表现为热液颗粒物质沉积过程中对海水中稀土元素的清扫。     

我国珊瑚礁岩的岩石类型

珊瑚礁岩是造礁珊瑚经成岩作用而构成的一种海相碳酸盐岩。孔隙(原生和次生孔隙)发育,渗透性良好,有机质丰度高,是一种理想的石油生储层。目前已发现和开采的礁型大油田有12个,可采储量不下五十亿吨。另据统计,世界上日产万吨以上的油井有8口,其中一半是打在礁区。     

珊瑚礁区海底地下水排泄的环境效应及其珊瑚记录研究进展

海底地下水排泄(SGD)是近岸海洋化学和生态系统演化的重要驱动因素，其携带的大量物质对珊瑚礁发育和退化具有非常重要的影响。本文综述了珊瑚礁区的SGD特征及其对珊瑚礁发育和退化的潜在生态环境效应，SGD的珊瑚替代指标以及全球各海域SGD的高分辨率珊瑚记录研究进展，并以南海北部为例探讨珊瑚礁退化的主导因素及SGD的潜在影响。研究发现，目前珊瑚礁区，尤其是岸礁区长时间序列的SGD动态变化记录的研究极为薄弱；利用珊瑚骨骼的地球化学指标来重建局部海域的SGD通量的动态历史变化具有较强的可操作性；虽然SGD极有可能是以南海北部为代表的珊瑚礁区珊瑚礁退化的重要因素，但目前无论是政府机构还是公众对SGD的关注和重视相当有限。未来的研究应该聚焦于珊瑚礁区SGD及其携带物质通量的高分辨率珊瑚记录，进而探讨SGD对珊瑚礁发育和退化影响的关键过程与机制，并提出科学合理的应对建议。     

冲绳海槽表层沉积物元素地球化学及其对物源和热液活动的指示

对采自冲绳海槽北部和南部唐印、第四与那国热液区附近的表层沉积物进行了主、微量和稀土元素分析。结果表明冲绳海槽北部和南部表层沉积物元素组成具有很大差异。北部沉积物中Ca、Sr、Na元素含量较高,大部分微量和总稀土元素含量较南部沉积物低。北部沉积物中有钙质生物组分及火山物质的加入,由于这些物质稀土含量较低,对沉积物中的稀土元素造成了稀释作用。北美页岩标准化稀土元素配分模式整体较平坦,轻稀土略富集,重稀土相对亏损,弱Ce和Eu异常,表明冲绳海槽北部表层沉积物陆源物质主要来自黄河和台湾河流输入的部分物质。冲绳海槽南部表层沉积物Si、Fe、Ba、Cu、Pb、Zn和稀土元素含量较高,轻重稀土分馏减弱,重稀土含量升高。由于受热液活动影响,一定量的黄铁矿、磁黄铁矿、重晶石及热液Fe-Mn氧化物的加入,使得南部沉积物的Fe以及部分微量元素含量升高,并表现出类似热液流体正Eu异常的稀土特征。这些Fe-Mn氧化物不仅从热液流体中清扫稀土元素,而且可以从海水中清扫稀土元素,使得沉积物负Ce异常减弱,总稀土含量升高。此外,样品中有一定量的过剩Si,来自热液活动。稀土元素配分模式及(La/Sm)N-(Gd/Yb)N比值表明冲绳海槽南部沉积物主要陆源物质来自台湾。     

近165年来中沙环礁中北暗沙滨珊瑚生长率及其对海温变化的响应

海水温度是控制珊瑚生长的关键环境因素之一, 随着全球气候变暖, 海温持续升高已成为珊瑚生长面临的全球性威胁。文章对采自中沙环礁中北暗沙水深约16m的澄黄滨珊瑚岩心样品开展了生长率分析, 揭示出中沙环礁滨珊瑚近165年来的生长历史及变化规律; 并通过与西沙群岛永兴岛滨珊瑚生长率的对比, 探讨了南海中部滨珊瑚生长的区域差异及其对海温升高的响应关系。过去100多年来中北暗沙和永兴岛海区的平均海温分别为(27.4±0.37)℃和(27.09±0.36)℃, 两个海区的海温均呈线性升高趋势, 升温速率一致, 约为0.43℃·ha^-1。过去100多年间中北暗沙和永兴岛滨珊瑚的平均生长率分别为(0.70±0.16)cm·a^-1和(1.19±0.16)cm·a^-1, 但中北暗沙滨珊瑚生长率呈线性下降趋势, 下降速率约为9.4%·ha^-1; 而永兴岛滨珊瑚生长率呈线性上升趋势, 增长速率约为10.9%·ha^-1。过去100多年间两个礁区的滨珊瑚生长率均存在年代际波动, 大致与海温的年代际波动对应。两个礁区滨珊瑚生长率与海温在趋势上呈现非线性响应关系, 存在滨珊瑚生长的最适宜温度约为27.25℃, 过去100多年来中北暗沙海域海温的增温趋势已经超出了滨珊瑚生长的适宜海温范围, 限制了滨珊瑚的生长趋势, 而永兴岛海域海温仍适宜滨珊瑚的生长。在年代际波动上两个礁区滨珊瑚生长率与海温存在线性正相关关系, 海温的年代际增温有利于滨珊瑚生长。在南海未来持续海水升温的情况下, 中北暗沙珊瑚生长的下降趋势将会进一步加剧, 并将严重威胁中沙珊瑚礁生态系统的维持和发展。     

中国珊瑚礁资源状况及其药用研究调查 Ⅰ.珊瑚礁资源与生态功能

对中国珊瑚礁生物物种组成、资源状况、分布特征及其生态功能进行了调查和评价.中国珊瑚礁主要分布在中国南海诸岛海域和唬南、广东、广西、福建、台湾等近岸海域.中国造礁石珊瑚已记录21科,56属295种,对珊瑚礁生态系统结构与生态功能的维持具有重要作用.八放珊瑚亚纲中柳珊瑚已记录7科,28属,75种,软珊瑚有6科,23属,113种,是现代海洋药物研究的热点生物资源.中国珊瑚礁具有造礁与消波护岸、维持珊瑚礁生态系统和生物多样性、提供生物资源和材料、生物地球化学与科学研究、文化教育与生态旅游等多种生态功能与价值.     

珊瑚礁灰岩工程地质特性研究新进展

随着"一带一路"的实施和"海上丝绸之路"的部署,珊瑚礁灰岩工程地质特性研究具有实际的战略意义和迫切需要。通过纵横观对比分析南海、红海、加勒比海、东南亚、印度洋以及亚丁湾地区珊瑚礁灰岩基本物理力学特性,定量地展现了海相生物成因的珊瑚礁灰岩的特殊性。与石灰岩、白云岩等碳酸盐岩相比,珊瑚礁灰岩离散性较大,特别是孔隙率有所偏大,强度有所偏小,这与珊瑚等原生生物结构复杂、疏松多孔以及非均质性的固有特征相吻合,进而提出珊瑚礁灰岩物理力学特性具有"结构效应"。珊瑚礁体内部表现出软硬互层交替的垂直分带现象,究其原因是珊瑚礁灰岩孔隙发育程度不均匀、强度软硬不一以及结构构造无序性的整体宏观体现,从某珊瑚礁体地层划分的角度定量地揭示了珊瑚礁岩体的"成岩作用类型交替演化效应"。     

大西洋中脊TAG热液活动区中热液沉积物的稀土元素地球化学特征

用ＩＣＰ－ＭＳ对ＴＡＧ热液活动区表层热液沉积物中６个块状硫化物样品进行了稀土元素分析。所有样品均表现出正Ｅｕ异常（ＥｕＮ／Ｅｕ＊Ｎ＝１．２７～２．６８）和ＬＲＥＥ相对富集（ＬａＮ／ＹｂＮ＝１５．７９～４７．６２）的球粒陨石标准化配分模式,热液沉积物样品中稀土元素组成的变化是由于海底热液循环体系中热液流体和海水不同程度混合作用的结果,并且,海水与热液流体的混合作用是在热液沉积物形成以前发生的,与黑烟囱流体的稀土元素配分模式对比,表明热液沉积物的ＲＥＥ部分来自下伏的玄武岩基底,在热液沉积物的形成过程中,ＬＲＥＥ得到了较高程度的富集,同时,海底热液沉积物的稀土元素中Ｅｕ的变化可以一定程度的反映出热液流体的演化特征。     

珊瑚礁生态系统健康评价方法的研究进展

简要介绍了珊瑚礁生态系统具有极高生产力和物种多样性,易受外界环境影响而衰退等特点.珊瑚礁生态系统的健康评价离不开对珊瑚礁的监测及数据的调查,全球珊瑚礁监测网络推荐的珊瑚礁监测包括生态监测以及经济监测两部分,监测方法应满足相应的要求,以保证所获数据可以进行相关比较.应用于生态系统评价的方法主要有指示物种法和指标体系法.珊瑚礁监测及评价中常用的指示物种的生物指标包括石珊瑚生物指标以及其它生物指标.造礁石珊瑚是珊瑚礁最重要的生物,目前对珊瑚礁的监测主要集中于存活硬珊瑚盖度以及生物多样性指数.一般而言,这是两个最重要的参数,但仍有不足.因此,珊瑚生长率(骨骼生长)的测量、钙化生产率、珊瑚生育力及补充、监测虫黄藻损失、珊瑚疾病及细菌暴发性增值、珊瑚骨骼的生物累积等指标也随之建立起来.为了对珊瑚礁原始生存结构生物提供一个早期亚致死压力预警,以便对珊瑚礁采取有效的保护管理措施,珊瑚礁鱼类、软体动物等其它生物及相关指标得到了应用和发展.与指示物种法相比,指标体系法不仅考虑了不同组织水平之间的相互作用以及同一组织水平上不同物种间的相互作用,而且还考虑了不同尺度转换时监测指标的变化,更能客观全面反映珊瑚礁的健康状况及变化趋势.HRHPI推荐从生态结构、生态功能、压力及社会经济几个特征属性方面对珊瑚礁健康进行评价,并给出每个特征属性包含的具体指标,以及各指标与珊瑚礁健康的相关性,指标选取标准,指标数据的获得方法以及基准值或目标值的设定等.尽管HRHPI给出了详细的评价指标体系,并探讨了指标评价标准("基准值"及"目标值")、健康指数、生态完整指数等概念,但评价模型或模式仍在探索中.随着新方法新技术的发展,高科技方法在珊瑚礁健康评估中得到了应用并迅速发展.由于尚无确定的评价珊瑚礁健康的模式,因此建立一个可以描述珊瑚礁群落健康状况的数量模型或者指标非常有必要.     

西南印度洋中脊热液产物稀土元素组成变化及其来源

对西南印度洋中脊热液区不同热液产物稀土元素(REE)进行了分析,探讨了热液产物形成过程中稀土元素组成变化及其来源。研究结果表明:不同热液产物稀土元素总量变化范围从3.47×10-7到4.80×10-5,轻重稀土比值(LREE/HREE)从2.06到6.16,表明轻重稀土有较大程度分异,δEu异常(δEu=0.86~3.88)和δCe异常(δCe=0.40~0.86)显示热液产物中REE呈Eu富集和Ce亏损特征。稀土元素球粒陨石标准化模式呈现两种类型:(1)呈轻微富集LREE的平坦模式,REE大于2×10-5;(2)呈显著富集LREE和正Eu异常模式,REE小于5×10-7。模式1类似于洋壳火山岩REE配分模式,而模式2与西南印度洋中脊黑烟囱REE模式相似,也与典型洋中脊热液喷口流体和硫化物LREE富集和正Eu异常模式类似。热液产物中稀土元素含量变化和模式特征以及Mg与LREE极强正相关关系可能反映了西南印度洋中脊硫化物形成在热液流体与海水混合沉淀的初始阶段,后期经历了广泛的热液流体再循环和海水蚀变过程。     

珊瑚礁生态系统的新假说

珊瑚礁通常位于被称之为“海洋沙漠”的海域,那里的水温高、海水清洁,但缺乏营养物质。可是在珊瑚礁周围物种很丰富,生物生长非常繁荣,形成了独特的珊瑚礁生态系统。为什么珊瑚礁生态系统能够维持很高效益的生物活性?一般认为,这是因为它能有效地再循环微量营养物质和溶解气体。     

冲绳海槽南段沉积物的元素赋存状态及其热液活动记录

为了解冲绳海槽南部沉积物的元素赋存状态以及热液活动对沉积物中元素组成的影响,对冲绳海槽南部沉积物岩芯HOBAB4-S2进行了全岩样及顺序提取分析,探讨了该沉积物岩芯中Al、Ti、K、Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Co、Ni及稀土元素的赋存状态,结果表明残留相与碳酸盐相是岩芯沉积物中元素的重要赋存形式,典型的碎屑组分Al、K、Ti在残留相中比例极高。铁锰氧化物相和有机结合相中各元素含量均相对较低,但在铁锰氧化物相中,与热液活动相关的金属元素在岩芯的萃取比例及含量上随着深度变化具有一致性,同时在4个层位出现了异常高值,表明在该层位对应的时期出现了热液活动对元素组成的显著影响,稀土元素总量变化上也可看出明显相同的变化趋势。沉积物的球粒陨石标准化稀土元素配分模式整体显示了轻稀土元素相对重稀土元素更富集的特征,具有极其轻微的Ce正异常和明显的Eu负异常,与南大西洋受热液活动影响较小的沉积物中铁锰氧化物相的配分模式类似,表明其受到热液流体的影响,是铁锰颗粒吸附海水与热液流体中稀土元素的结果。     

涠洲岛珊瑚礁近千年的发育过程及其对气候变化的响应*

高纬度珊瑚栖息地能否成为气候变暖背景下热带珊瑚物种的“避难所”仍不明确, 南海北部的相关研究更是稀少。本文以取自涠洲岛的2根珊瑚礁沉积岩心为研究对象, 通过U-Th定年、沉积组分分析以及珊瑚种属鉴定等方法, 探讨近千年以来珊瑚礁的发育过程及其对气候变化的响应。研究结果发现, Core1(石螺口)岩心沉积的3个快速堆积阶段分别与罗马暖期、中世纪暖期和现代暖期大致对应; 而2个缓慢堆积阶段则分别与黑暗时代冷期和小冰期大致对应, 证实了温暖的气候对珊瑚礁发育有促进作用, 而寒冷的气候则不利于珊瑚礁的发育; 此外, 现代强烈的人为干扰可能也导致了涠洲岛珊瑚礁的迅速退化。Core2(南湾)中陆源沉积含量高, 珊瑚年龄主要集中在800AD—950AD和现代这两个时间段内, 其原因可能与环境变化、风暴作用及湾内现代珊瑚分布特征有关。通过对比这两个站位的珊瑚礁沉积特征, 本文进一步提出“完全避难所”和“非完全避难所”的概念, 揭示涠洲岛珊瑚可能同时具有低纬度热带珊瑚礁和高纬度珊瑚群落这两种发育特征和趋势。     

南科1井第四系暴露面特征及其与海平面变化的关系*

珊瑚礁地层中的暴露面是海平面变化的忠实记录, 对地层层序的划分和研究珊瑚礁体的生长发育过程具有重要意义。本文基于手标本观察与薄片鉴定、碳氧同位素和矿物组成分析, 识别了南沙美济岛南科1井第四纪生物礁碳酸盐岩地层中的典型暴露面, 剖析了主要暴露面与海平面变化及珊瑚礁发育演化的关系。在南科1井(NK-1)第四纪地层中典型暴露面附近以出现大量溶蚀孔穴和红褐色或锈黄色钙质结核为特征, 其碳氧同位素偏负, 并富集Al、Th、Fe和稀土元素, 具有典型碳酸盐岩风化壳的特征。南科1井全新世礁体发育在晚更新世暴露面之上, AMS¹⁴C和U-Th年龄数据证实美济岛全新世珊瑚礁生长时段与南海其他珊瑚岛礁一致, 主要发育在8.2~4.7ka时期, 该时段海平面的缓慢上升为珊瑚礁连续垂向生长提供了有利环境。Sr同位素和古地磁年龄标定的南科1井更新世地层中的主要暴露面时代与南沙永暑礁和西沙群岛珊瑚礁地层中的暴露面时代基本一致, 主要暴露面对应于全球第四纪低海平面时期。     

大亚湾珊瑚礁痕量金属的研究

作者采用阳极溶出伏安法测定大亚湾珊瑚礁痕量金属铜、铅、镉的含量 ,并讨论了相关的影响因素。测定结果发现 :A组、B组珊瑚礁礁体中铜、铅、镉的含量从里到外有递增的趋势 ,这与近年来大亚湾水体中铜、铅、镉含量的变化是一致的。而 A组珊瑚礁变化明显 ;B组珊瑚礁礁体中铜、铅、镉含量呈现较复杂的变化。分析认为 ,这是因珊瑚礁的形成受多种因素影响所致 :(1)海水组成对珊瑚礁化学成分的影响 ;(2 )海洋生物种类、数量及其矿物组成是制约元素分布的主要因素 ;(3)陆源碎屑组分对大亚湾珊瑚礁的化学组成有一定的影响。各因素在不同情况下所起的作用不同。     

中太平洋富钴结壳稀土元素的地球化学特征

利用"大洋一号"调查船在中太平洋不同海区调查时获取的18个富钴结壳样品,采用化学分析及ICP-AES分析法,对中太平洋海区富钴结壳稀土元素的含量、分布特征、配分模式以及来源进行了分析和研究,结果表明:(1)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素含量异常高,总量为1703×10-6～2879×10-6,约为正常深海沉积物、有孔虫核壳和海水中稀土元素含量的10～100倍,与莱恩群岛和夏威夷群岛海区结壳中稀土元素的含量接近,且明显高于约翰斯顿岛、马绍尔群岛和南中国海等海区结壳中稀土元素的含量;(2)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素的配分模式基本相同,轻稀土元素富集,尤其是Ce元素相当富集,呈较为明显的正异常,而重稀土元素则普遍亏损;(3)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素与海水中稀土元素的配分模式为明显的镜像关系;(4)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素总量与Mn呈显著正相关,与Mn/Fe相关不明显,反映出研究区结壳中的稀土元素主要来自于海水和上覆水的缓慢沉积以及火山喷发、洋底玄武岩风化淋漓和生物化学沉积。