海底有机质早期成岩和甲烷缺氧氧化数值模型研究进展

在海洋沉积物表层,各种碳库之间频繁的碳转换引起了越来越多科学家的关注。这些转换主要包括有机质降解生成的DIC,甲烷缺氧氧化产生DIC,以及碱度升高引起的自生碳酸盐沉淀,同时在一些甲烷强烈渗漏的冷泉区还包括游离气的渗漏过程。这些反应发生机理将在本文中逐一论述,同时文中还综述了有机质降解和甲烷缺氧氧化过程的现有计算模型,指出了目前计算模型中所存在的缺陷及每个模型的适用范围,并简要的介绍了从沉积物释放到海水中的甲烷气泡渗漏通量计算方法。然而这些模型基本都受限于目前对于机理的认识水平,为了更加精确地计算出碳在不同过程中的转换通量,今后还需要更多的工作来研究反应机理和模型中的参数,从而获得一个更加通用的模型。     

东海表层沉积物中中性糖的赋存特征及其在有机质降解中的指示

中性糖作为有机质的重要组分,其丰度和组成对于沉积物中有机质的来源和降解等生物地球化学过程具有重要的指示意义。本文在对2009年和2010年采集自东海的24个表层沉积物中有机质和中性糖组成以及分布特征进行分析的基础上,探讨了中性糖及其组分在指示东海表层沉积物有机质来源和降解程度中的作用。结果表明:东海表层沉积物中有机碳(TOC)和中性糖(NS)含量较高,分别为66.8—1441.7?mol/g和0.40—4.87?mol/g,平均浓度分别为(409.4?55.2)?mol/g和(3.07?0.31)?mol/g,NS占有机碳的碳摩尔百分数为1.88%—8.93%;随着沉积物粒径增大,TOC、NS含量降低,NS中的葡萄糖组分摩尔百分数增大,而半乳糖、甘露糖和木糖组分摩尔百分比减小,表明沉积物中有机质降解程度增大。同时发现,葡萄糖和海藻糖的摩尔分数之和与半乳糖和阿拉伯糖的摩尔分数之和的比值可作为判断沉积有机物降解程度的指标,其值越大,说明沉积有机物的生物降解程度越小。     

胶州湾潮间带沉积物有机碳和叶绿素的埋藏特征

于2004年9月,在胶州湾潮间带河套和红石崖两个区域(分别代表近河和近海区域)分别采集沉积物柱状样品,并分析了样品中有机碳和叶绿素含量。结果表明:(1)胶州湾潮间带沉积物有机碳和总氮质量比分别为1.0～3.0g/kg和0.1～0.3g/kg,随沉积物埋藏深度表现为波动变化,但无明显规律性;(2)胶州湾潮间带沉积物从表层到底层叶绿素a质量比的总体趋势是逐渐降低最后趋于稳定,叶绿素a质量比变化为0.3～5.2g/kg;(3)胶州湾潮间带沉积物中的有机质应属于混源有机质。本实验结果对探讨胶州湾潮间带近河和近海区域沉积物中有机碳和叶绿素的埋藏和降解规律有重要意义。     

黄河下游-河口-邻近海域表层沉积物中木质素的特征及其示踪意义

河流输入的陆源有机碳在河口和陆架区的生物地球化学过程是全球碳循环的重要环节,对陆源有机质的输入量的估算是研究陆架区的生物地球化学过程的基础。黄河输沙量极大,为探究其携带的陆源有机质对陆架边缘海有机碳库的影响,以黄河河口及邻近渤海海域为研究对象,分析了表层沉积物中的木质素,结合总有机碳含量、总氮含量和有机碳稳定同位素评估了表层沉积物中有机碳的组成、来源和分布。8种木质素酚单体中,紫丁香基酚类(S)与香草基酚类(V)的含量比值S/V(0.63±0.31)和肉桂基酚类(C)与香草基酚类含量比值C/V(0.25±0.15),反映出研究区陆源有机碳主要来自草本被子植物。V系列中木质素酸(Ad)与木质素醛(Al)的比值(Ad/Al)V较高(0.53±0.14),表明陆源有机质的降解程度较高。利用稳定碳同位素比值δ13C和木质素含量Λ8相结合的土壤有机质-陆生维管植物-水生有机质三端元模型对陆源有机物的贡献的分析结果显示,土壤有机质、陆源维管植物和水生有机质的平均贡献分别为59.9%±15.0%、7.3%±7.0%、32.8%±11.8%。土壤在陆源有机质中的贡献占有绝对优势,可能与该区域沉积物的主要源区——黄土高原植被覆盖率低、土壤侵蚀严重有关。     

海洋沉积有机物质的降解及其模式

作为长期碳汇,海洋沉积物中埋藏的大量有机碳对全球碳循环和气候变化有重要影响。有机碳从海洋输出到沉积物中后,在沉积物中还要经历有氧降解和无氧降解。有机物降解是一个十分复杂的过程,影响这一过程的因素有很多,包括有机物本身的分子结构和组成种类;氧化还原状态;有机物所附着的基质;温度、压力、盐度等物理环境因素以及生物因素。研究沉积有机碳的含量及埋藏量变化首先需要校正降解对沉积有机碳含量的影响。降解模式是定量估算降解对沉积有机碳的影响的一个主要手段。在前人的研究基础上,讨论了影响沉积有机碳降解的因素,对降解模式的研究进展和应用进行了综述,提出了未来降解模式的发展中存在的问题。     

南海北部和海南岛附近海域表层沉积物中有机质的分布和降解状态的差异

利用气相色谱法对南海北部和海南岛附近海域表层沉积物中正构烷烃(n-alkanes)和脂肪酸进行测定和分析,结合粒径、比表面积(specific surface area,SSA)、有机碳(OC%)、碳稳定同位素(δ~(13)C)等参数研究有机物来源和降解状态,并对其影响因素进行分析。研究结果表明:沉积物主要以粉砂为主,平均粒径分布范围在10.97—517.21μm之间,选取的16个站位的比表面积平均值为8.05m~2/g,最大值是S23站位的24.46m~2/g,最小值是S29站位的1.73m~2/g,OC%含量在0.15—1.18之间,δ~(13)C值为–23.05‰—–21.24‰。沉积物中正构烷烃碳链的分布范围是nC_(14)—nC_(33),低碳数峰群以nC_(16)、nC_(18)为主峰碳且具有偶碳数优势,高碳数峰群以nC_(29)为主峰碳。脂肪酸的碳数分布范围是nC_(14)—nC_(30),低碳数单峰型分布,短链饱和脂肪酸(short chain saturated fatty acids,SCSFA)和单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acids,MUFA)的含量占总脂肪酸含量的70%以上,长链饱和脂肪酸(long chain saturated fatty acids,LCSFA)的含量不到10%,据此说明这两个区域有机质均以海源输入为主。在有机物保存和降解方面,海南岛附近海域有机质载荷(OC/SSA)和δ~(13)C之间的正相关,表现了良好的陆源和海源的有机物更替,但是珠江口附近海域系列样品却未见相似过程。不仅在物源更替方面,在有机质降解特征上珠江口附近海域中的有机物与海南岛附近海域和南海陆架深水区也有很大的差别。海南岛附近海域和南海陆架深水区有机质的降解符合一般规律,随着水深的增加降解程度逐渐变大,然而珠江口附近海域随着水深的增加有机质却越来越"新鲜"。结合前人对珠江口附近海域黏土矿物组成的研究,本文认为珠江口附近海域沉积物中有机质之所以会出现上述"异常"可能是因为该研究区域黏土矿物对有机质选择性吸附所导致。     

赤道东北太平洋沉积物间隙水中溶解有机碳的分布特征

沉积物间隙水中的溶解有机碳(DOC)是沉积物有机质矿化过程中的中间产物[1],沉积物中的有机质通过微生物水解和(厌氧)发酵等方式溶解成各类具有不同分子量的有机化合物,通常总称为溶解有机碳,并释放到沉积物间隙水中.而溶解有机碳又进一步被细菌等微生物所利用,最终被氧化为溶解无机碳,完成有机质的矿化过程.因此,沉积物间隙水中DOC的浓度是消耗和生成之间平衡的结果[1].已有的研究表明,沉积物间隙水中DOC的含量显著高于底层水体中DOC的含量,导致其向底层水体的扩散;近期的研究也表明,来自海底沉积物的DOC通量是底层水体中DOC的重要来源,是海洋有机碳储库中的重要组成之一[2~4].     

水体沉积物中有机碳和有机分子碳稳定同位素研究进展

有机碳是指存在于沉积物总有机质(TOC)中的碳。由于同位素之间的物理、化学性质的不同,生物在生存活动过程利用环境中碳的同时改变了其同位素的比值,即产生同位素效应(isotopic effect)。通过检测来自于生物有机质中的碳同位素比值,就有可能对沉积物所在地的环境变化信息进行重     

珠江口及近海表层沉积有机质的特征和来源

测定了珠江口及近海表层沉积物中总有机碳(TOC), 总氮(TN)及稳定碳同位素组成和几类主要有机化合物(水解氨基酸THAA、糖类TCHO、脂类lipid、酸不溶有机物AIOC), 并分析了沉积有机质及化合物的特征和来源。结果表明珠江口表层沉积有机质主要为陆源和水生混合来源, 而近海有机质主要为当地水生来源。大量的陆源高等植物(含有较多的木质素、纤维素等)输入珠江口, 使得珠江口个别站位沉积物中糖类物质含量大幅高于近海样品; 而珠江口与近海沉积物中水生来源有机质的含量相当。氨基酸和糖类占TOC的份额在浮游生物和悬浮颗粒物中分别为56%和48%, 在表层沉积物中为19%, 说明珠江口和近海的有机质从水柱到达沉积物-水界面的过程中经历了较充分的降解。珠江口样品中活性组分氨基酸和糖类占TOC的份额低于近海, 可能说明珠江口沉积有机质的降解程度高于近海。     

沉积物的颗粒大小与所含有机质关系的研究进展

沉积物中有机质(OM)赋存及稳定性问题受到关注,主要是因为其直接影响到大气中CO2的平衡与全球气候变化。该文介绍了沉积物的不同颗粒中有机质的赋存机制,通过筛洗法和沉降法对现代沉积物颗粒分级,探讨二者间的相互关系以及有机质富集的差异性,进一步探讨有机质的保存和演化以及与碳循环的关系。