海洋环境中氧化还原敏感性微量元素的地球化学行为及环境指示意义

依据国内外最新研究成果,初步讨论了氧化还原敏感性微量元素(RSE)Re、Cd、Mo、U、V等的地球化学行为,其中包括海洋沉积物中RSE的来源、RSE在缺氧和无氧海区的沉淀富集机理及其环境指示意义。在此基础上讨论了利用RSE研究氧化还原环境时应注意的一些问题。RSE的沉淀富集机制不尽相同,但具有以下共同特点:①对底层海水的溶解氧浓度敏感。在正常溶解氧条件下,氧化还原敏感性微量元素在海水中呈溶解态稳定存在,而当底层海水处于缺氧或无氧条件时容易发生还原。②当底层海水处于缺氧或无氧条件时,经过沉积物—海水界面过程,受缺氧程度不同的制约,海水中呈溶解态的RSE依次在沉积物中沉淀,出现不同程度的富集。③持续还原条件下,RSE在沉积物中稳定存在;受氧化作用后,容易在沉积物中发生二次迁移和重新富集。不同的RSE其氧化还原电位不同,在氧化还原序列中的位置不同,Re在U之后Mo之前发生还原。因此,RSE在海洋沉积物中的不同富集特征和富集程度可作为还原程度指标研究底层海水的缺氧程度和底质的氧化还原环境。研究RSE的氧化还原环境指示意义,必须对RSE陆源碎屑来源组分进行剔除,同时,还应充分注意到还原沉积区发生氧化后,RSE在沉积物中会发生重新迁移和二次富集。     

南黄海卫星重力场及构造演化

利用美国国家航空航天局1998年公布的EGM96全球重力模型,计算了南黄海区32°～37°N、120°～126°E范围内的2～360阶卫星重力场,分析了该区的卫星重力异常场特征,将南黄海区的卫星重力异常划分为8个异常区,长期的板块运动结果控制了该区的重力异常格局。晚二叠纪至早三叠纪,华北与华南古陆在秦岭—大别山—胶南—临津江带碰撞对接,南黄海区经历了一次造山运动,由此产生的挤压剪切形成南黄海盆地雏形,当时的沉积中心在南黄海中部隆起区。侏罗纪—白垩纪,Izanagi板块在亚洲大陆下向西北方向俯冲,南黄海区发生了剧烈的构造岩浆活动。晚白垩世,在拉张构造环境下发生张裂裂陷作用,南黄海区北部坳陷和南部坳陷分别裂陷,出现雏形,揭开了新生代盆地的序幕。新生代印度板块、欧亚板块及太平洋板块运动促使原坳陷区即中部隆起区上升,南、北两个断陷盆地发展成为两大坳陷。晚第三纪末期至第四纪,南黄海盆地进入区域沉降阶段。     

东昆仑阿拉克湖盆地1.85～1.58 MaBP间植被演替及高原隆升启示

东昆仑阿拉克湖盆地1．85～1．58MaBP间植被演替顺序为灌木及草本植物为主的疏林草原型一乔木为主的林下草原型一针叶林森林型一阔叶林为主的林下草原型,反映了温凉为主的干湿交替一温和为主的干湿交替一寒冷略湿一温暖潮湿的气候湿度。孢粉植物群总体为以灌木及草本植物为主的疏林草原型,气候以温凉为主,其中1．63～1．62MaBP出现具亚寒带气候特征的针叶林植物群。与3．4Ma青藏运动前后的干旱、温暖的气候背景相比有明显差异,说明东昆仑地区经过青藏运动A、B幕后高原隆升已达到或超过水汽凝结高度。临夏盆地和阿拉克湖盆地在1．85～1．58MaBP间的植被类型和植被演替阶段非常相似,特别是1．60MaBP开始同时出现喜暖阔叶植物,说明当时两盆地应处于同一气候带上,两者海拔高程应相差不大。但现代临夏盆地海拔高度为2300m左右,阿拉克湖盆地海拔高度为4200m左右,两地的现代气候与植被类型有明显差异。说明1．58MaBP以后青藏高原东北部存在重大高原(差异)隆升事件,使两地的高程和气候差异加大。     

黄河三角洲地区全新世环境演化及海平面变化

利用钻孔沉积物的粒度、矿物和元素地球化学测试信息,研究了黄河三角洲地区全新世沉积环境、气候及海平面的演化特征。研究表明,本区全新世环境演化分为6个阶段：①早全新世早期,10900～9100aBP,海平面较低,尚未淹没本区,为近岸氧化环境或氧化－还原过渡环境;②早全新世晚期,9100～8000aBP,海水上涨,本区时淹时退,为浅海或潮坪环境,生物钻孔发育;③中全新世主体,8000～4150aBP,海平面快速上升,完全淹没,Fe^2＋／Fe^3＋介于0.7395～1.9123之间,为全新世中最高段,表明还原程度强、全球气候变暖（大暖期）;④中全新世后期,4150～2850aBP,海水有所下降,仍为浅海环境,Fe^2＋／Fe^3＋较高,多在1.0以上;⑤晚全新世,2850～1310aBP,海平面进一步下降,本区时常暴露,其中2150～1310aBP以还原环境为主,为潮下带,2150～2850aBP以氧化还原过渡环境为主,为潮间带;⑥1855AD以来,海平面基本稳定,稍有上升,为现代黄河三角洲沉积时期。本区全新世至少存在5期冷热交替的旋回性气候变化。     

冲绳海槽中南部柱状沉积物氧化还原敏感元素赋存机理与环境指示意义

沉积物中氧化还原敏感元素（Redox Sensitive Element,RSE）含量变化是上覆水体氧化还原环境良好的替代指标。本文通过冲绳海槽中南部两个柱状沉积物（深度:30 cm）粒度、总有机碳、总氮及其同位素含量和氧化还原敏感元素含量等指标,探究复杂环境背景下冲绳海槽柱状沉积物中RSE的赋存机理与环境指示意义。研究发现,柱状沉积物中除了Cr亏损,其他RSE均显示有不同程度的富集。“粒控效应”对冲绳海槽柱状沉积物的RSE含量影响较小;分析可知,海水表层生产力是影响沉积物氧化还原环境的主要因素,通过Mn（氢）氧化物的吸附或解吸附作用实现RSE的富集与亏损。δCe、V/Cr、Ni/Co和V/（V+Ni）等指标指示沉积物整体处于氧化?弱氧化环境。沉积物中Mn元素通过还原作用以Mn2+形式向上扩散,在25～30 cm处被含氧间隙水氧化富集形成锰峰,指示柱状沉积物0～25 cm处为氧化环境,25～30 cm处为弱氧化环境。     

印尼海道的两度关闭与西太平洋暖池的形成和兴衰

世界海洋表层水温最高的西太平洋暖池，是全球驱动大气环流的最大热源之一，也是全球热盐环流传输带的热源。新生代晚期印尼海道的关闭是暖池得以形成的基本条件。在印尼海道区划出了对印度尼西亚穿越流起阻挡作用的5道屏障，分析了5道屏障的形成过程和年代，据此提出了印尼海道两度关闭的模式。板块运动导致印尼海道关闭，有利于暖池发展，同时也存在不利的负面影响，本区构造运动对暖池的演变具有特有的双向复合控制作用；由此出发勾勒了近1000多万年来西太平洋暖池的形成和兴衰史：11～9MaBP为原始暖池形成期，9～6MaBP为暖池演化的第一衰退期，6MaBP以来为现代暖池的孕育和发展期，其间在1～0.2MaBP穿插着暖池演化的第二衰退期。上述暖池兴衰史的演化模式，得到了暖池区ODP1143站浮游有孔虫组合所反映的古海水温跃层深度的验证。     

南海南部海域新生代万安运动的构造意义及其油气资源效应

南海南部海域在中中新世末发生了一次区域构造运动，被命名为万安构造运动。这次构造运动在新生代沉积中的表现是断裂、块断、挤压背斜和向斜。部分地区发育逆冲构造等。根据南海区域构造分析产生这次构造运动的起因可能与菲律宾海板块和欧亚板块于13MaBP在民都洛岛处发生碰撞．以及澳大利亚板块和欧亚板块在苏拉威西岛处发生碰撞(10MaBP)有关。这两次碰撞事件均对南海南部海域产生挤压，尤其是第一次碰撞挤压(向西方向)很强烈，是这次构造事件的主导因素。万安构造运动在南海南部海域沉积盆地中产生了许多挤压构造；而该海域沉积盆地中生烃的关键时刻是6MaBP，构造形成时间在生烃关键时间之前。因此，该海域形成了极其丰富的油气资源。     

海水中碘的动力学分光光度法测定——砷(Ⅲ)-铈(Ⅳ)-番木鳖碱直接法

测定海水中碘含量的方法很多,利用砷(Ⅲ)-铈(Ⅳ)氧化还原体系的动力学分光光度法是其中之一。Dubravčič[1,2]用亚铁离子抑制该反应,生成的高铁离子用KCNS显色,然后以测得的吸光度的对数值对碘含量作图得标准曲线。此法的缺点是要制作高碘含量和低碘含量两条标准曲线,而且受氯度、酸度、温度等条件的影响较严重,使得标准曲线经常变动。后来,Barkley等[3]用番木鳖碱作抑制剂,通过测定经不同反应时间后剩余量的铈(Ⅳ)与番木鳖碱形成的红色络合物的吸光度求出反应速率常数,并以多次测得的反应速率常数对碘含量作图绘制标准曲线。此法虽克服了前法标准曲线容易变动的弱点,但操作十分繁琐,而且水样和试剂的用量都比前法大得多。     

表层海水硅同位素的分布特征及其影响因素

本文分析了采集自太平洋、印度洋和大西洋的表层海水溶解硅酸盐的δ30Si值,结果表明,太平洋表层海水的δ30Si值为0.45‰～2.91‰,平均值为(1.52±0.59)‰;印度洋表层海水的δ30Si值为0.98‰～2.30‰,平均值为(1.52±0.36)‰;大西洋表层海水的δ30Si值为0.90‰～2.23‰,其平均值为(1.55±0.35)‰。硅同位素在各大洋表层,主要表现出与大洋表层环流和经向翻转流的相关性,其分布特征受表层水体中的生物活动以及表层洋流运动导致的不同水团之间的混合的影响,且混合作用可能对开放大洋表层水体的δ30Si分布具有显著的影响。     

南黄海中部沉积物微量元素的环境记录研究

通过对南黄海中部E2站位沉积柱样部分微量元素的特征研究,讨论了近200a来与南黄海中部沉积物相关的主要环境气候演变.铅和金、铂族元素显示人类现代工农业活动对环境的影响在南黄海中部沉积物有明显记录;过渡金属元素和不活泼元素的记录显示小冰期(泛指1550～1850年)的结束,气温的升高对南黄海中部沉积区的氧化-还原条件和黄河流域的风化程度产生了影响;黄河的改道对南黄海中部沉积物陆源碎屑的输入产生影响.     

海水ORP常规流动测量装置计量特性初探

海水的氧化还原电位是了解海水电化学特性,提供海水污染防范与治理决策的重要参量。论文在大量实验工作的基础上初步研究了常规ORP测量装置的计量特性,实验结果表明,该测量装置对标准溶液ORP测量示值误差达到了±5 mV,对海水ORP测量的精密度达到了4 mV的水平,为计量检定工作打下了一定的基础。另外,文中还介绍了氧化还原电位标准溶液标准值的查算方法等问题。     

青岛潮间带趋磁细菌的垂直分布特征及与环境因子的关系

趋磁细菌是一类能够沿着磁力线运动的革兰氏阴性细菌, 主要生活在淡水和海洋的有氧-无氧过渡区。本调查通过对青岛汇泉湾潮间带沉积物柱状样分层样品中趋磁细菌的计数和沉积物理化因子的分析, 研究了趋磁细菌的垂直分布特征及其与环境因子的关系。结果显示趋磁细菌以趋北型的趋磁球菌占优势, 主要分布环境的氧化还原电位为179.7～-107.0 mV, 为弱还原-还原性质, 最大丰度(94～169个/cm³)出现在氧化还原跃层(表层下5～9cm黄-黑沙界面处), 暗示有氧-无氧过渡区; 趋磁细菌的垂直变化趋势与粒径、含水率、硫酸盐的变化趋势基本一致。     

Heinrich事件时北大西洋深水环流消失

深部大洋温盐环流主要受控于北大西洋深层水的供给量。目前,输送到北大西洋高纬度区域的亚热带温盐水是由北大西洋环流携带的。当其向北运移时,海水冷却并下沉,形成全球深部大洋传送系统。更新世时,高纬度区域海水的盐度和温度均发生了急剧变化。冰期时,由于大气环流...     

去极化方法测定海水的氧化还原电位初探

采用去极化法测量氧化还原标准溶液——醌氢醌标准溶液,初步探讨了去极化法测定氧化还原电位的准确度,结果发现运用去极化方法测定氧化还原电位是一种快速、准确的方法,相对传统方法而言,具有测量时间短、测量精度高、数据重现性好的优点。进一步开展去极化方法测定海水氧化还原电位,为海洋氧化还原电位的快速测量提供依据。     

河口污染沉积物中重金属释放与迁移的围隔生态系研究

利用围隔式生态实验装置研究了加拿大False河口污染沉积物中重金属Pb、Zn、Cd、Cu在海水环境中的行为。实验模拟了 4种环境条件 :( 1)高生产力 ;( 2 )低生产力 ;( 3 )高悬浮物含量 ;( 4 )还原环境。结果表明 ,污染沉积物中重金属在海水环境中的行为既取决于元素自身性质 ,亦受外界环境条件制约。还原环境能抑制重金属的释放 ,有助于体系中原有的重金属清除出水柱。低生产力条件下 ,Pb、Zn表现出释放行为 ,而高生产力和高悬浮物含量条件下 ,Pb、Zn表现出先释放后迁移 ,而Cd、Cu则呈现出相反的图象。研究了实验期间 4种重金属释放与迁移的净通量 ,表明氧化条件下Cu、Zn净释放通量比Cd、Pb高 1～ 2个量级。研究表明 ,添加粘土及向还原环境倾倒均有助于减轻污染沉积物倾倒后重金属的二次污染     

铈配合物对有机磷农药的降解作用

研究了不同的铈配合物对有机磷农药降解的可行性。结果发现，在各种糖铈配合物中，以果糖及半乳糖的铈配合物对甲胺磷的降解作用较好，达15％以上，其它糖类铈配合物均在5％以下。海带组分S4铈配合物对甲胺磷及氧乐果降解效果最佳，在25℃，pH7．0及48h时，海带组分S4铈配合物对甲胺磷及氧乐果的降解百分率分别为42．9％和68．04％。     

海洋环境中铈的分析方法简评

在研究海洋放射性污染时,~(141)Ce(T1/2=32.5天),~(144)Ce(T1/2=285天)的放射性测定也是一个重要的项目,因为它们在核裂变过程中产额较高,而且在1—3年内的大气沉降物中占有较大的比例。为了研究达两个同位素进入海洋后的运动规律,需要对天然铈的含     

21世纪格陵兰冰川融化速率对海平面变化的影响

本文利用大洋环流模式POP研究RCP4.5情景下21世纪格陵兰冰川不同的融化速率对全球及区域海平面变化的影响。结果显示:当格陵兰冰川的融化速率以每年1%增加时,全球大部分海域的动力和比容海平面变化基本不变,主要是由于格陵兰冰川在低速融化时并不会导致大西洋经向翻转流减弱。当格陵兰冰川的融化速率以每年3%和每年7%增加时,动力海平面在北大西洋副极地、大西洋热带、南大西洋副热带和北冰洋海域呈现出显著的上升趋势,这是因为格陵兰冰川快速融化导致大量的淡水输入附近海域,造成该上层海洋层化加强和深对流减弱,导致大西洋经向翻转流显著减弱;与此同时,热比容海平面在北冰洋、格陵兰岛南部海域和大西洋副热带海域显著下降,而在热带大西洋和湾流海域明显上升;此时盐比容海平面的变化与热比容海平面是反相的,这是由于大量的低温低盐水的输入,造成北大西洋副极地海域变冷变淡、大西洋经向翻转流和热盐环流显著减弱,引起了太平洋向北冰洋的热通量和淡水通量减少,导致了北冰洋海水变冷变淡,同时热带大西洋滞留了更多的高温高盐水,随着湾流被带到北大西洋,北大西洋副极地海域低温低盐的海水,被风生环流输运到副热带海域。     

海水ORP对3C钢腐蚀行为的影响

研究了氧化还原电位(Oxidation Reduction Potential, ORP)对海水中碳钢腐蚀电化学特征的影响,应用动电位极化曲线法探讨了 ORP 与碳钢腐蚀行为之间的关系。结果表明,海水的 ORP 参数对碳钢腐蚀行为具有较大的影响,其中 O2/OH?电对的作用占主导,其他电对如 Fe3+/Fe2+也有一定的影响。随着海水 ORP 的增大,其氧化能力越强,碳钢腐蚀电流增大,腐蚀速度加快。水质相对稳定的开放性大洋海水中,可以考虑海水氧化还原电位在碳钢腐蚀速度预测评估中的应用。     

3.0～2.0 MaBP 南海南部深海沉积物孢粉记录及其对全球气候变化的响应

为了探索和揭示2.5 MaBP前后东亚季风演变历史及植被演替对气候演化的响应,对南海南部大洋钻探ODP1143站(9°22'N、113°17'E)深海柱状样的上部135～95 m(3.0～2.0 MaBP)共146个孢粉样品进行了分析研究,时间分辨率为7 ka/样,孢粉谱显示沉积率变化显著,以2.6 MaBP为界可明显分为两个阶段,与前一阶段3.0～2.6 MaBP相比,2.6～2.0 MaBP时段各类型花粉及孢子沉积率均有显著提高.该结果表明2.6 MaBP南海海平面有显著下降,可与北半球冰盖形成、东亚季风增强相对应.2.6 MaBP以后,各类型孢粉沉积率高低变化揭示南海海平面有多次上升和下降,代表了多次冰期-间冰期旋回.该结果与深海氧同位素分期相对应.频谱分析表明3.0～2.0 MaBP存在0.1 Ma(偏心率)和46.9 ka(斜率)的周期.