应用镭-226解读南极普里兹湾表层水的来源与运移

中国第22次南极科学考察航次(2005年12月至2006年1月)期间,利用Mn-纤维富集大体积表层海水中的Ra同位素,并通过222Rn直接射气法测量226Ra的比活度,结果表明,普里兹湾表层水的226Ra比活度变化为0.92~2.09 Bq/m3,平均值为1.61 Bq/m3,在深海区域表现出226Ra含量高的特征。从空间分布看,表层水226Ra比活度呈现出由湾内向湾外增加的反常态势,反映出不同Ra含量水团的混合影响2。26Ra比活度与盐度的关系证实研究海域表层水的Ra含量主要受三种端元水体的混合所控制:其一为具有镭含量高、盐度高特征的南极夏季表层水;其二为低镭、低盐特征的冰融水;其三为高盐、中等镭含量的普里兹湾中深层水,该水体的226Ra纯粹由海底沉积物间隙水向上扩散所维持。结合S-226Ra示踪体系及上述三端元混合模型,计算出各组成水体的比例并描绘出它们的空间分布。南极夏季表层水的份额由湾外向湾内逐渐降低,并且在68°E断面向南影响范围较大;冰融水的比例由湾内向湾外降低,并且在湾内东部的高温水体中具有最大贡献;普里兹湾中深层水中受沉积物镭来源影响比较显著的区域出现在湾内西北部,其影响向湾外逐渐降低。冰融水与普里兹湾中深层水份额分别于普里兹湾湾顶东、西部出现高值的分布特征证实埃默里冰架前沿海流东进、西出的运移规律。     

北太平洋亚热带环流区表层水中226Ra和228Ra的分布与变化

对1999年9～10月采自北太平洋亚热带环流区的19份表层海水样品的Ra同位素分析表明。研究海域表层水中的^226Ra、^228Ra放射性比度分别介于0．67～0．92、0．08～0．30Bq／m^3之间，平均值分别为0．74、0．11Bq/m^3．^226Ra/^228Ra)A．R．活度比的变化范围为0．11～0．44，平均值为0．19．上述数值明显低于近岸海域水体的相应值，表现为典型的开阔大洋水的特征．从空间分布的特征看，研究海域Ra同位素含量与^226Ra/^228Ra)A.R.值均呈均匀分布态势．将本研究结果与历史数据进行对比后发现，本研究获得的^226Ra、^228Ra放射性比度比20世纪60～80年代得到的数据来得低，可能与水体层化作用加强导致的Ra补充量的减少以及生物生产力升高导致的Ra迁出量的增加有关．北太平洋亚热带环流区表层水中Ra同位素的时间变化与文献报道的该海域叶绿素a、硅酸盐、磷酸盐含量与初级生产力的历史变化趋势相吻合．     

北黄海水体的226Ra和228Ra

用锰纤维富集-射气法测定了北黄海海水中的镭同位素226Ra和228Ra,研究了该海域水体中镭同位素的含量和分布.研究结果表明北黄海水体夏季226Ra的比活度为1.80～4.35 Bq/m3,平均值为3.06 Bq/m3;冬季226Ra的比活度为2.08～5.20 Bq/m3,平均值为3.28 Bq/m3.北黄海夏季228Ra的比活度为3.85～25.60 Bq/m3,平均值为10.60 Bq/m3;冬季228Ra的比活度为3.14～15.60Bq/m3,平均值为7.66 Bq/m3.该数据范围和中国近海其他海域、孟加拉湾、泰国昭披耶河口、濑户内海等海域相近.北黄海东北部海域,渤海海峡靠近山东半岛的海区和中北部海区表层镭同位素活度较高.C1断面镭同位素的分布特征从镭同位素的方面证实了渤海海峡水交换表现为北进南出特征这一结论的正确性.226Ra和228Ra的垂直分布较为复杂,大部分站位呈现出底层活度变高的趋势,其他少数站位呈现出中间层活度高的分布特征,不同来源的镭同位素输入至该海域形成了这样的分布特征.     

白令海峡水团来源的镭同位素示踪

对白令海峡64.3°N纬向断面镭同位素的研究表明,水体中226Ra比活度、228Ra比活度和228Ra/226Ra)A.R.存在明显的纬向变化,反映出太平洋与北冰洋水体交换的多种路径.根据温度、盐度和镭同位素的水平与垂直分布,太平洋水进入北冰洋的路径可能主要有3支,分别为白令海峡西侧的阿拉德水、白令海峡东侧的阿拉斯加沿...     

北黄海水体的~(226)Ra和~(228)Ra

用锰纤维富集-射气法测定了北黄海海水中的镭同位素226Ra和228Ra,研究了该海域水体中镭同位素的含量和分布.研究结果表明北黄海水体夏季226Ra的比活度为1.80～4.35 Bq/m3,平均值为3.06 Bq/m3;冬季226Ra的比活度为2.08～5.20 Bq/m3,平均值为3.28 Bq/m3.北黄海夏季228Ra的比活度为3.85～25.60 Bq/m3,平均值为10.60 Bq/m3;冬季228Ra的比活度为3.14～15.60Bq/m3,平均值为7.66 Bq/m3.该数据范围和中国近海其他海域、孟加拉湾、泰国昭披耶河口、濑户内海等海域相近.北黄海东北部海域,渤海海峡靠近山东半岛的海区和中北部海区表层镭同位素活度较高.C1断面镭同位素的分布特征从镭同位素的方面证实了渤海海峡水交换表现为北进南出特征这一结论的正确性.226Ra和228Ra的垂直分布较为复杂,大部分站位呈现出底层活度变高的趋势,其他少数站位呈现出中间层活度高的分布特征,不同来源的镭同位素输入至该海域形成了这样的分布特征.     

普里兹湾及邻近海域多航次水文特征比较分析

利用第15,16,21,25,26和27次南极考察在普里兹湾及邻近海域所获取的CTD观测数据,对该海域主要水团、典型层面水文要素平面分布等进行了对比分析。研究表明:1)普里兹湾及邻近海域水团主要包括南极表层水、普里兹湾陆架水、绕极深层水和南极底层水。夏季表层水温盐变化显著,没有固定的核心值;绕极深层暖水的分布范围和温盐特征相对比较稳定;南极底层水在各航次中均有出现。2)在陆架水中存在位温低于海面冰点的冰架水和温度低于现场温度的过冷水。冰架水主要分布在冰架前缘和70°30′E断面上,沿70°30′E断面最北可扩展至陆坡附近;过冷水主要分布在冰架前缘西部。3)高盐陆架水在普里兹湾存在较少,主要分布在埃默里冰架前缘和73°E断面67°30′~68°45′S范围内,其中S34.62的高盐陆架水均位于73°E断面附近,并沿73°E断面向北扩展至67°30′S附近,盐度最大值为34.64。4)夏季表层温盐分布时空变化特征显著。部分航次埃默里冰架前缘存在一个很强的纬向温度锋面,最高温度达到3.55°C。5)绕极深层水在第15航次涌升至100m以浅,涌升最明显的海域在63°00′~64°00′S附近,73°E断面涌升最强。     

白令海表层营养盐水平输送的镭-228示踪

对白令海表层海水228Ra的分析表明,白令海表层海水228Ra比活度从低于检测限变化至0.81 Bq/m3,低于西北冰洋陆架区的报道值。表层水228Ra比活度和228Ra/226Ra)_A.R.的空间分布均呈现由西南部中心海盆向东北部陆架区增加的趋势。由228Ra/226Ra)_A.R.和盐度的关系揭示出白令海环流、白令海陆坡流和阿拉斯加沿岸流对228Ra和228Ra/226Ra)_A.R.分布有明显影响。运用一维稳态扩散模型计算出白令海由中心海盆向东北部陆架方向上水体混合的水平涡动扩散系数为1.9×108 m2/d。结合海盆-陆架界面营养盐的水平浓度梯度,估算得硝酸盐、活性磷酸盐和活性硅酸盐由白令海中心海盆向东北部陆架区的水平输送通量,该通量对白令海东北部陆架区新生产力的贡献很小,其他途径输送的营养盐更为重要。     

夏季南极普里兹湾氮吸收受融冰调控

本研究将稳定同位素（¹⁵N）与放射性核素（²²⁶Ra）示踪相结合，探讨了2006年夏季南极普里兹湾融冰过程对氮吸收的调控作用。硝酸盐及铵盐的比吸收速率均与浓度呈正相关关系，表明底物浓度效应的存在。开阔洋区具有较高的f比值，而在埃默里冰架附近f比值低得多。f比值与冰融水份额之间存在负相关关系，暗示融冰过程在调控水体氮吸收方面起着重要作用。融冰改变了当地上层水体的层化条件，显著地影响南大洋的生物泵效率及对大气二氧化碳的吸收。本研究为南大洋上层水体碳、氮动力学的调控机制提供了新的认识，且有助于对历史记录的解读及对未来气候变化的预测。     

地下卤水中镭的富集与测定方法研究

以自配人工卤水，采用硫酸钡（镭）共沉淀法富集其中的镭，同时用γ谱仪同步测量^226Ra和^228Ra的含量。不同pH和共沉淀剂作用下的化学及放化回收率计算表明，该方法操作简单，回收率高，适用于地下卤水及其它水体较高含量^226Ra、^228Ra的同步测定。用该方法测定的莱州湾地下卤水^226Ra和^228Ra含量分别为0．341Bq／L和1．615Bq／L，远高于海水中镭的含量。     

大洋表层水中~(226)Ra的分布

采用碳酸盐富集－EDTA纯化－Ba（Ra）SO4制源－α计数法，测定了我国第13,14 次南极科学考察期间，从西太平洋、南大西洋和东印度洋采集的 16个表层水样中的226 Ra比活度。测定结果表明，表层水中溶解态226Ra的比活度范围：西太平洋为 0．46──0．95Bq·m－3，平均值为 0．66Bq·m-3；东印度洋为0．5 6──1．2 7 Bq·m-3，平均值为0．81 Bq·m-3；南大西洋为1．17──1．63Bq·m－3，平均值为 1．45 Bq·m－3。还测定了上述海域 5个表层水样中颗粒态226Ra比活度为0.006──0．030Bq·m－3，颗粒态226Ra很低，只占溶解态的1．0％──2．6％，说明226Ra主要以溶解态形式存在于上述洋区。测定结果还表明，52°S以南离南极较近的测站226Ra比活度较高，特别是 60°Ｓ以南的南大洋海域，226Ra比活度更高，与其他作者的测定结果一致。     

Distribution of radium-224 in the western Arctic Ocean

1Introduction ThephysicalcharacteristicsintheArcticOcean includewidecontinentalshelves,accountingfor36% oftheocean’ssurfacearea(MooreandSmith,1986) withseasonalicecover.Theprincipalwatersentering theArcticOceanarefromtheNorthAtlanticviathe FramStraitandtheBarentsSea,andtheNorthPacific viatheBeringStrait.Withinthearcticinterior,thewa- tersjoininthelarge-scalecirculationandaresubse- quentlymodifiedbyprocessesofair/sea/iceinterac- tion,riverinflow,andexchangewithsurrounding shelves.Howeve…     

南极Dome A至普里兹湾沿岸下降风特征

本文利用我国极地数值天气预报系统和美国南极中尺度预报系统的存档数据,分析了Dome A至普里兹湾沿岸地区下降风风场的时空分布和大气质量通量,给出了该地区下降风的基本特点。该地区下降风受南极冰盖地形影响强烈,艾默里冰架西侧等陡峭地区风速总体较大;下降风随季节变化较大,冬季的下降风较强。强下降风在前进过程中有绝热增温现象,并给艾默里冰架西部带来近表层升温。下降风风速最大处位于地面以上约100～200 m高度,风速较大地区的下降风在垂直方向上分布较为深厚。下降风在普里兹湾沿岸的表层大气质量通量在时空分布上极不均匀,艾默里冰架西侧的下降风气流较强时,普里兹湾海域有较多的中尺度气旋活动。下降风引发普里兹湾中尺度气旋旋生的过程值得关注,需进一步研究下降风引发中尺度气旋的机理。     

An isotopic perspective on the correlation of surface ocean carbon dynamics and sea ice melting in Prydz Bay (Antarctica) during austral summer

The stable carbon isotope composition of particulate organic carbon (δ¹³C_POC) and naturally occurring long-lived radionuclide ²²⁶Ra (T_1/2=1600 a) were applied to study the variations of upper ocean (<100 m) carbon dynamics in response to sea ice melting in Prydz Bay, East Antarctica during austral summer 2006. Surface δ¹³C_POC values ranged from −27.4‰ to −19.0‰ and generally decreased from inner bay (south of 67°S) toward the Antarctic Divergence. Surface water ²²⁶Ra activity concentration ranged from 0.92 to 2.09 Bq/m³ (average 1.65±0.32 Bq/m³, n=20) and increased toward the Antarctic Divergence, probably reflecting the influence of ²²⁶Ra-depleted meltwater and upwelled ²²⁶Ra-replete deep water. The fraction of meltwater, f_i, was estimated from ²²⁶Ra activity concentration and salinity using a three-component (along with Antarctic Summer Surface Water, and Prydz Bay Deep Water) mixing model. Although the fraction of meltwater is relatively minor (1.6–11.9%, average 4.1±2.7%, n=20) for the surface waters (sampled at ~6 m), a positive correlation between surface δ¹³C_POC and f_i (δ¹³C_POC=0.94×f_i−28.44, n=20, r²=0.66, p<0.0001) was found, implying that sea ice melting may have contributed to elevated δ¹³C_POC values in the inner Prydz Bay compared to the open oceanic waters. This is the first time for a relationship between δ¹³C_POC and meltwater fraction to be reported in polar oceans to our knowledge. We propose that sea ice melting may have affected surface ocean δ¹³C_POC by enhancing water column stability and providing a more favorable light environment for phytoplankton photosynthesis, resulting in drawdown of seawater CO₂ availability, likely reducing the magnitude of isotope fractionation during biological carbon fixation. Our results highlight the linkage of ice melting and δ¹³C_POC, providing insights into understanding the carbon cycling in the highly productive Antarctic waters.     

南极海冰和陆架冰的变化特征

利用美国冰中心和雪冰中心提供的海冰资料和我国南极考察现场的海冰观测资料,对南极海冰的长期变化进行了研究.研究表明20世纪70年代后期是多冰期;80年代是少冰期;90年代南极海冰属于上升趋势,后期偏多,区域性变化差别大,东南极海冰偏多,西南极海冰即南极半岛两侧尤其是威德尔海区和别林斯高晋海的冰明显偏少.东南极和西南极海冰的变化趋势总是反相的.90年代后期普里兹湾的海冰明显偏多,南极大陆陆架冰外缘线总体没有明显的收缩,有崩解也有再生的自然变化现象.西南极威德尔海的龙尼冰架和罗斯海冰架东部崩解和收缩趋势明显,东南极的冰架也有崩解和收缩,但没有西南极明显.陆架冰崩解向海洋输送的冰山对全球海平面升高有一定的影响.目前南极冰盖断裂崩解形成的冰山,向海洋输入的水量可使全球海平面上升约14mm.南极海冰没有随着全球气候温暖化而明显减少,而是按照东南极和西南极反相的变化规律进行周期性的变化、调整和制约.     

南极普里兹湾海域夏季异常表层水温及其成因

用连续两次（１９９１／１９９２年，１９９２／１９９３年）南大洋考察的ＣＴＤ资料，分析了普里兹湾海域夏季表层温度分布。分析表明，在艾默里冰架东北部有一个高温区。用卫星遥感冰图讨论了出现高水温海况的原因。