海洋酸化对颗石藻的影响

工业革命以来人类活动产生了大量二氧化碳气体（CO2）并释放到大气中。CO2溶于海水,造成海水pH值降低,改变海洋碳酸系统的平衡。海洋酸化对海洋生态系统特别是钙化生物构成威胁。颗石藻作为主要的钙化浮游生物,在海洋碳循环过程中起着重要的作用。大多数培养实验表明CO2浓度上升会促进颗石藻光合作用。而海洋酸化对不同种或不同品系颗石藻钙化作用产生不同的影响。     

今生颗石藻的有机碳泵和碳酸盐反向泵

海洋今生颗石藻同时具有有机碳生产和钙化作用两个过程，对海洋碳的生物地球化学循环具有重要作用。今生颗石藻通过有机碳泵（生物泵）和碳酸盐反向泵调节大气p(CO₂)，最终影响全球的气候变化。介绍了今生颗石藻对全球气候变化的影响，重点讨论其碳酸盐反向泵过程，从今生颗石藻碳酸盐反向泵的生理学基础、钙化作用与光合作用的耦合机制、全球气候变化下今生颗石藻的有机碳泵和碳酸盐反向泵耦合机制改变等几个方面进行了描述。对中国近海今生颗石藻的研究进行了展望。     

示踪全球环境变化的微生物代用指标

文章详细总结了示踪全球环境变化的一系列微生物替代指标。重建古温度的定量指标包括藻类长链烯酮的U、古菌甘油二烷基甘油四醚化合物(GDGTs)的TEX_(86)指标、细菌GDGTs的甲基化指数(MBT)与环化指数(CBT)的组合。古温度的定性指标有脂类单体的氢同位素组成、不饱和脂肪酸的相对含量、有孔虫和硅藻的组合及其生物体的同位素组成和微量元素比值。重建古水文的指标包括有壳变形虫组合、细菌GDGTs的环化指数CBT、细菌和古菌GDGTs的陆源输入指数BIT、古菌和细菌GDGTs的相对丰度R、直链脂肪族化合物的碳优势指数CPI、好氧与厌氧微生物的丰度。古大气CO_2分压的估算可采用藻类长链烯酮的碳同位素组成、有孔虫的硼同位素组成。认为这些微生物指标在古环境重建中潜力巨大,并对一些重要微生物指标的应用原理和限定条件进行了分析。有些指标因受多种环境因子和成岩作用的影响,在应用中需特别的注意,不能无限夸大其应用领域。     

颗石藻室内培养及应用研究进展

介绍了颗石藻室内培养的研究进展,重点阐述了基于室内培养颗石藻在生态学、古海洋学和石油地质学等方面的应用。颗石藻在全球海洋环境变化、碳循环及地质演变中扮演着重要角色,这种重要性是由其独特的生物、生理特点所决定的。颗石藻培养方面介绍了藻种的分离与保存、室内培养方法、培养基的选择。应用方面,首先介绍了颗石藻对海洋酸化的响应;其次,颗石藻是二甲基硫丙酸(DMSP)的高产者,释放的二甲基硫(DMS)经过一系列变化后能够对附近海域甚至全球气候产生影响;另外还介绍了基于室内培养颗石藻地球化学指标在古海洋、古气候学方面的应用;最后探讨了颗石藻热模拟实验在石油地质方面的应用。     

长链烯酮不饱和度温标研究进展

长链烯酮不饱和度温标是古温度研究的重要替代指标。介绍了小样量，低长链烯酮样品的分析方法，长链烯酮的来源，分布，长链烯酮的不饱和度与温度的关系及其在古环境研究中的应用。介绍海洋中长链烯酮研究最新进展的同时，着重阐述了湖泊中长链烯酮研究现状及存在的主要问题。     

颗石藻与海洋、环境关系之探讨

笔者在20年的研究中相继发现,自中元古代和古生代以来海相钙质超微浮游生物－颗石藻的新属种达180余种,通过对颗石藻在海洋中分布状态与固碳特征的研究,证明颗石藻乃是海洋中重要的基础生产者,它和海洋碳酸盐及相关生物存在着密切的关系,其能借助光合作用,吸收海水中的CO2,而释放出氧气．对减少全球温室效应与保护地球生态环境平衡,有相当重要的贡献。     

湖泊体系中长链烯酮研究进展

长链烯酮不饱和度(U37k?)作为定量反映古温度变化的重要替代指标, 已在海洋中得到广泛应用, 但在湖泊中长链烯酮不饱和度与温度的关系及其母源研究则很少。课题组研究了中国不同气候带、不同水化学环境湖泊表层沉积物中长链烯酮, 发现多数湖泊中存在2~4个不饱和键的长链烯酮, 首次报道硫酸盐型湖泊中存在长链烯酮, 总结了湖泊中长链烯酮的分布模式, 探讨了分布模式与环境、母源的关系。研究了湖泊长链烯酮不饱和度与温度的关系, 发现湖泊长链烯酮不饱和度与年均气温和春秋季节温度高度相关, 建立了中国湖泊表层沉积物中长链烯酮不饱和度与温度的经验函数关系, 结合文献中发表的数据, 建立了从热带的北缘湖光岩玛珥湖到北极的格陵兰的湖泊沉积物中长链烯酮不饱和度与温度的经验函数关系: U37k? = 0.031? T + 0.094 (n=76, r2 = 0.67)。首次发现并成功分离出湖泊中长链烯酮母源等鞭金藻Chrysotila lamellosa, 通过单藻种控温培养, 建立长链烯酮不饱和度与水温关系方程, 实验室培养公式与经验公式斜率一致, 验证了长链烯酮不饱和度温标, 表明长链烯酮是可靠的陆地温标。     

大洋有孔虫中硼同位素研究与大气pCO_2的重建

大气二氧化碳浓度(pCO2)的变化在全球气候演化中起着重要的调节作用,重建古大气pCO2的变化历史,有助于预测和研究未来的全球气候变化。大洋有孔虫中的硼同位素比值能够反映海水酸碱度的变化,从而为重建大气二氧化碳浓度的变化历史提供了一种新的手段。文中首先简要回顾硼同位素的研究现状,利用硼同位素重建大气二氧化碳浓度变化的原理依据,在此基础上,测试分析了西赤道太平洋806孔全新世和末次冰期最盛期Globigerinoides ruber样品中的硼同位素,得到该地区全新世和末次冰期最盛期大气二氧化碳体积分数分别为(276.7±24)×10-6(2s.d.)和(178.4±16)×10-6(2s.d.),与极地冰心记录吻合得很好。大洋有孔虫中的硼同位素是一个非常有潜力的古海水酸碱度替代指标。     

大洋有孔虫中硼同位素研究与大气pCO_2的重建

大气二氧化碳浓度(pCO2)的变化在全球气候演化中起着重要的调节作用,重建古大气pCO2的变化历史,有助于预测和研究未来的全球气候变化。大洋有孔虫中的硼同位素比值能够反映海水酸碱度的变化,从而为重建大气二氧化碳浓度的变化历史提供了一种新的手段。文中首先简要回顾硼同位素的研究现状,利用硼同位素重建大气二氧化碳浓度变化的原理依据,在此基础上,测试分析了西赤道太平洋806孔全新世和末次冰期最盛期Globigerinoides ruber样品中的硼同位素,得到该地区全新世和末次冰期最盛期大气二氧化碳体积分数分别为(276.7±24)×10-6(2s.d.)和(178.4±16)×10-6(2s.d.),与极地冰心记录吻合得很好。大洋有孔虫中的硼同位素是一个非常有潜力的古海水酸碱度替代指标。     

全球碳循环与人为二氧化碳的排放

工业革命以来,全世界已排放了相当于2800亿吨碳的二氧化碳,其中有2000亿吨来自于化石燃料的燃烧。这些二氧化碳本应使大气中二氧化碳浓度由280ppm升高到400ppm以上,但实际只升高到353ppm。现在每年排放260亿吨二氧化碳,大气中二氧化碳浓度应升高3.3ppm,实际上只升高1.8ppm。这说明有一部份二氧化碳进入了海洋和陆地生态系统,它们对大气中的二氧化碳起着缓冲作用。地球是一个巨大的碳循环系统。海洋、陆地、大气、陆地生态系统、岩石圈中都贮存着巨大数量的碳,可以视为“碳贮存库”(表1)。在这些碳贮存库之间进行着碳的交换,每年交换的量称为“交换通量”(表1)。     

恢复地史时期大气CO2浓度的新指标: 苔藓植物化石

在中国已知最好的苔藓植物化石产地之一河北蔚县, 采集了大量中侏罗世的苔藓植物化石, 选取了3种保存较好的数十块苔类植物化石进行实验室分析处理, 测定了它们的碳同位素组成, 并计算出Δ13C, 运用国际学术界古大气CO₂浓度的最新研究成果, 即通过地质学、植物学、植物生理学、地球化学和概率统计学的多学科交叉研究, 利用苔藓植物化石有机碳同位素判别这一全新指标和重建古大气二氧化碳的模型——BRYOCARB, 恢复出中侏罗世的古大气CO₂浓度约为705(BRYOCARB_NP)或566(BRYOCARB_P)μmol/mol, 结果表明苔藓植物化石是恢复地质历史时期大气CO₂浓度变化的有效新指标.      

南海长链烯酮化合物的检测及U37^k值的应用

首次系统地在南海大面积站位中检测出长链烯酮化合物。通过长链烯酮指标Ｕ３７ｋ与实测表层海水温度（ＳＳＴ）的对比研究,发现海洋沉积物样品在室温下长期（１７ａ）密封保存,长链烯酮指标Ｕ３７ｋ值无明显变化。Ｕ３７ｋ值在南海海区指示的表层海水温度与季节有关,主要反映秋、冬两季,即１０月至次年３月间的ＳＳＴ。     

海洋粘土矿物与颗石藻Emiliania huxleyi共培养的实验研究

颗石藻是海洋中广泛分布的超微型浮游藻,经生物矿化作用形成的碳酸钙质颗石,在古海洋学研究中具有重要意义。海洋粘土矿物与有机质的有机-无机相互作用在全球碳循环中扮演着重要角色。本文选取广泛分布于海洋的赫氏颗石藻Emiliania huxleyi与海洋粘土矿物中具有代表性的伊利石和蒙脱石共培养。通过对颗石藻生长曲线和Sr/Ca、Mg/Ca元素比值、颗石藻与粘土矿物样品的紫外可见光吸收光谱、红外吸收光谱和矿物物相等分析,研究海洋粘土矿物与颗石藻的相互作用规律。通过研究表明伊利石对颗石藻的影响较小,蒙脱石因对营养元素的吸附和颗石藻的絮凝作用对颗石藻的生长和Sr/Ca、Mg/Ca元素比值影响较大。颗石藻代谢分泌的生物分子未能通过层间插层作用进入伊利石层间,颗石藻分泌的生物分子可通过插层作用进入并储存于蒙脱石层间,海洋粘土矿物中的蒙脱石与海洋微生物的相互作用值得地球微生物家关注,可能有助于对古海洋环境的认识。     

晚中新世低大气pCO2背景下暖室气候的成因机制

晚中新世托尔通期（11.61～7.25 Ma）比现代更加温暖和潮湿,却有着与工业革命前相近的大气二氧化碳分压,这种低大气二氧化碳分压下的暖室气候在整个新生代都很特殊,搞清其驱动机制有助于预测未来气候变化。对此有两种解释：基于指标记录的晚中新世气候—二氧化碳分压“解耦假说”和基于数值模拟的“协同作用假说”。指标重建的地质记录表明晚中新世的气候可能并不受二氧化碳分压影响,即气候与二氧化碳分压发生解耦。数值模拟表明晚中新世异于现代的植被分布和地形构造等,很可能促成晚中新世全球温度的升高。但数值模拟很难充分模拟出晚中新世的升温幅度和模式。对晚中新世开展准确且高分辨率的二氧化碳分压重建是未来指标重建工作的重点,而植被反馈、云反馈、水蒸汽反馈和土壤性质是影响晚中新世暖室气候的主要因素,未来的数值模拟工作应朝这些方向推进。     

陆相断陷盆地的构造层序地层分析

海洋浮游有孔虫中的硼同位素能够反映海水酸碱度的变化,从而为重建大气二氧化碳浓度的变化提供了一种新的手段,有望提供目前极地冰心记录所无法企及的百万年甚至千万年时间尺度上的大气二氧化碳浓度的变化。最近,海洋浮游有孔虫硼同位素的研究在实验分析技术(负热电离质谱法)、实验室偏差、同位素分馏系数、海水硼同位素长期变化以及各种次要因素等方面都取得了长足的进步,尤其是全蒸发负热电离质谱法的建立使硼同位素分析的样品需求量降到纳克级以下。不过,尽管海洋浮游有孔虫中的硼同位素作为大气二氧化碳浓度的替代指标很具有潜力,但还需要进行更加深入地研究。     

利用多年冻土区湖相沉积物中埋藏植物稳定碳同位素组成重建大气CO2浓度

沉水植物碳同位素分馏同水中溶解无机碳浓度有一定的关系，因而可以通过青藏高原多年冻土区的湖相沉积物中埋藏沉水植物－－龙须眼子菜（Potamogeton pectinatus)植物屑的碳同位素组成重建该地大气CO2浓度的变化情形，研究结果表明，该地在9．17－6．77ka BP间，大气CO2浓度是整个研究时间段中最低的，其后在6．77－4．56ka BP时期大气CO2浓度增加，在4．56－2．17ka BP之间，大气CO2浓度是整个研究时间内CO2浓度最高的阶段，植物屑的碳同位素组成反映了溶解无机碳浓度的变化，从而可用以重建大气CO2浓度的变化情况。     

颗石藻元素地球化学研究进展

颗石藻元素地球化学研究在古海洋学研究中有着重要意义。目前开始研究的主要有Sr/Ca和Mg/Ca比值。研究发现,颗石的Sr/Ca比值主要受颗石藻生长和钙化速度控制,其次受温度影响;而Mg/Ca比值主要与温度有关,属种间受影响程度有差别。样品清洗和单种分离是颗石藻元素地球化学分析的重点和难点。倒置显微镜挑出单种颗石是目前最为方便且准确的分析方法。颗石Sr/Ca比值可以用来反映古生产力,Mg/Ca比值可以用来重建古温度。     

古大气CO2浓度重建方法技术研究现状

温室气候引起的全球气候变暖越来越引起人们的关注,大气中不断上升的CO2浓度被认为是导致气候变暖的主要因素.地史时期大气CO2浓度变化与温室气候可能存在类似的关系,可提供参考,因而古大气CO2浓度重建是首要任务.总结近年来古大气CO2浓度重建的进展,重点介绍GEOCARB模型模拟、植物叶片气孔参数和同位素指针的方法和技术.GEOCARB模型是反映全球古大气CO2浓度长期变化的碳相关模型;气孔参数方法是使用气孔比例来估计古大气CO2浓度;同位素指针包括成壤碳酸盐、浮游植物有机质生物标记物、钙质浮游有孔虫、古苔藓植物等,其中成壤碳酸盐碳同位素方法使用最为广泛.国内只是在叶片参数研究方面有一些进展,古大气CO2浓度重建工作任重而道远.     

长链烷基二醇在海洋环境重建中的研究进展

长链烷基二醇类化合物(Long-chain alkyl diols)是指在碳链的1号位置和链中位置连接有羟基基团的类脂化合物,普遍存在于海洋、河流和湖泊环境中。由于这类化合物分布广泛、性质稳定不易降解、且检测手段较为简单,因此具有作为生物标志物的潜力,在生物地球化学领域引起了广泛的研究和关注。关于其生物来源尚未有定论,但是研究发现1,13-diols和1,15-diols可能主要来自真眼点藻,而14-diols主要来自硅藻Proboscia。目前根据长链烷基二醇建立的指标包括:硅藻生产力、上升流强度、盐度、温度、河流输入和表层海水营养盐浓度等,对古环境气候的重建有着重要的意义。归纳总结了目前长链烷基二醇指标的研究和应用进展,这有助于未来我国边缘海长链烷基二醇来源以及二醇指标的深入研究。     

晚新生代海洋磷循环模拟

理论分析表明,海水磷浓度控制了海洋自生磷沉积和热液磷沉积通量,并以此调节长尺度海洋磷循环的动态平衡.运用质量平衡原理,研究恢复了控制晚新生代海洋磷循环的各种通量,并据此模拟出海水磷浓度的演化.海水磷浓度演化与碳同位素分馏记录的浮游光合生物生长速度的变化一致,揭示在长时间尺度上,浮游光合生物的生长受海水磷含量控制.1500万年以来,大陆风化磷通量急剧增加,致使海洋磷浓度和磷沉积通量增加.海洋磷浓度增加促进了海洋生物生产力,导致海洋大气中生物气溶胶浓度升高,最终通过气溶胶的直接和间接辐射效应驱动晚新生代全球变冷.