边缘海浮游生态系统对生物泵的调控作用

海洋生物泵及其与碳循环关键生物地球化学研究是当今全球变化研究的前沿课题。边缘海是全球海洋的重要组分,在生态系统的物质循环、能量流动和气候调节中起着十分重要的调控作用,同时也是海洋生态系统和生物地球化学过程相互作用研究的热点和难点区域。针对"边缘海浮游生物群落结构如何调控生物泵效率"这一科学命题,归纳分析了浮游生态系统主要生物组分及其在碳循环和生物泵(颗粒有机碳输出)过程中的作用,总结了当前国内外相关研究进展和存在的问题。目前大多数的研究思路是将整个浮游生态系统看成黑箱模式,关注该生态系统某些方面的动态与生物泵效率的关系。最新研究表明,浮游生态系统对生物泵的调控并不是简单的线性关系,该系统内不同营养级间的碳流与颗粒有机碳输出的相关过程非常复杂。简单地利用浮游生物不同类群(含营养级)生物量和生产力等指标来阐明浮游生态系统结构和生物泵效率的耦合机制非常困难。针对当今存在的问题,提出从整个浮游生态系统入手,在研究生态系统群落组成和生物量(即各类群颗粒有机碳储库)的基础上,更加关注有机碳在不同营养级之间的转换过程及其速率,期望阐明影响生物泵效率的关键生物地球化学过程和机制,同时构建不同浮游生态系统的碳流传递过程和颗粒有机碳的输出模式,从而最终揭示浮游生物群落结构调控生物泵效率的问题。     

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。     

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。     

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。     

海洋碳汇对气候变化的响应与反馈

海洋碳汇对气候变化的响应与反馈是一个系统的科学命题,也是当前国际地球系统科学领域的前沿热点问题,需要通过微观与宏观结合、古今链接、多学科交叉融合进行深入研究。在我国科学家发起的海洋生物地球化学"戈登科学前沿论坛"(Gordon Research Conferences,GRC)首届论坛上,以海洋生物泵(Biological Pump,BP)、微型生物碳泵(Microbial Carbon Pump,MCP)以及碳酸盐泵(Carbonate Counter Pump,CCP)等海洋储碳机制为核心,深入研讨了海洋碳汇的过程与效应,起到了引领国际海洋学科发展方向的作用。国内学界也积极行动起来,在第四届地球系统科学大会上组织了海洋碳汇专题,从古海洋碳汇、现代海洋碳循环及海洋碳汇的生物海洋学过程3个方面开展研讨。海洋微型生物生态学过程与海洋碳汇以海洋浮游植物、细菌、古菌、病毒以及不同微型生物间的互作为切入点,探讨了微型生物的储碳和固碳作用的过程及其与全球气候变化的关系。古海洋碳汇方向的报告在时间尺度上跨越了从18~8亿年前的中元古代到距今2.5 Ma的第四纪,涵盖了包括古海洋碳汇形成的古海洋环境、古海洋碳汇的生态环境效应等前沿科学问题;古海洋碳汇的报告为现代海洋碳汇研究提供了有益的借鉴,并有助于本领域科学家对海洋碳汇的历史演化观的认识。现代海洋碳循环过程方面,专题报告结合时间梯度和空间梯度,以南海珊瑚礁碳循环源汇争议为代表,探讨了碳循环中的初级生产力、溶解有机碳的来源与有机碳的降解等过程,对现代海区和全球变化背景下海洋的源汇评估提出了新的想法与研究方向。     

陆架边缘海沉积物有机碳矿化及其对海洋碳循环的影响

边缘海沉积物是海洋重要的碳储库,其内部的碳循环主要是由有机质矿化分解过程来驱动的。有机碳进入边缘海沉积物后,矿化分解为溶解无机碳(DIC)进入沉积物孔隙水并扩散到上层水柱,参与海洋系统碳循环;同时还有部分DIC与钙镁等离子结合形成自生碳酸盐,保存于沉积物碳库。从生物地球化学角度探讨有机质埋藏机制和效率,在此基础上重点综述沉积物硫酸盐还原、产甲烷和甲烷厌氧氧化过程的耦合机制,以及有机质矿化对自生碳酸盐形成的影响等方面的研究进展,以期加深对陆架边缘海沉积物在全球碳循环收支平衡中的作用及其气候环境效应的认识。     

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。     

海洋二氧化碳的研究进展

海洋是一个巨大的碳库,具有潜在的缓冲大气CO2增加的能力,研究CO2在海洋中的转移和归宿,对于预测未来大气CO2含量乃至全球气候变化具有重要意义。综述了海洋CO2的研究现状,着重介绍海洋CO2的源与汇、海—气CO2通量的估算以及海洋环流、生物泵和海洋生态在海洋碳循环中的作用,并对该研究领域的发展趋势进行了总结。     

北极快速变化对北冰洋碳循环和生物地球化学过程的影响

北冰洋是全球海洋碳循环研究的关键地区之一,其独特的地理位置决定了它是开展海陆统筹研究碳汇一个绝佳的场所,即地形相对封闭,边缘有着世界上最大的陆架区,外围有广袤的陆地冻土层和大河输入。近年来,由于全球变暖,海冰消退,北极快速变化所引起的一系列大气、冰雪、海洋、陆地和生物等多圈层相互作用过程的改变,已经对北极地区碳的源、汇效应产生了深刻影响。这种变化不仅体现在由于陆地冻土圈变化所引起的甲烷和二氧化碳释放上,而且,随之而来的海水层化、混合和环流变化,陆源有机碳和营养物质入海通量的增加,改变了海洋二氧化碳"物理泵"、"生物泵"和"微型生物碳泵"作用的强度、方式,以及海洋原有的海洋碳储库构成,也很可能会对全球海陆碳源汇格局产生重要影响。本文主要从北极快速变化所引起生物泵过程变化来讨论全球变暖对的海洋生物地球化学的影响。     

古今结合论碳汇、见微知著识海洋

海洋是地球上最大的活跃碳库,发挥着全球气候变化"缓冲器"的作用,研究海洋碳循环过程与储碳机制是当前的国际热点。然而,地球系统的复杂性注定了这个重大命题必须通过学科交叉、古今结合才能取得较全面的认识和新的突破。     

南黄海中部表层沉积物有机质分布与分子组成研究

通过分析南黄海中部501个站位表层沉积物通沉积物有机质、粒度及常量元素特征,了解有机质分布特征及影响因素,并进一步对其中64个站位的进行气相色谱（GC-FID）分析,探讨有机质分子组成。分析表明:南黄海中部总有机碳受水动力影响呈分布西低东高分布,总有机碳与Al2O3含量中值粒径依次相关特性;正构烷烃组成表明有机质主要来源于陆源高等植物,海洋浮游藻类贡献次之,陆源植物中草本植物与木本植物贡献相当,类异戊二烯烃反映了短链正构烷烃明显海洋还原沉积环境;常量元素与正构烷烃参数综合分析表明,南黄海中部陆源有机质主要来自于现代黄河、苏北古黄河输入,体现无机-有机综合分析对有机质物源判断;部分样品具有明显石油源输入特征,细菌对沉积物有机质贡献普遍存在。     

IODP 311航次底栖有孔虫碳稳定同位素对天然气水合物地质系统的指示

为了探索海洋天然气水合物背景下有孔虫特征的响应,对综合大洋钻探计划(IODP) 311航次岩芯沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana进行了初步研究。通过对冷泉站位U1328和毗邻的非冷泉站位U1327沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana的显微形貌特征和碳、氧稳定同位素测试等,证实有孔虫壳体未受到后期成岩作用的改造和自生碳酸盐岩的交代影响,有孔虫壳体的碳稳定同位素呈现明显的负偏。其中U1327站位中U.peregrina δ¹³C为-0.67‰～-2.75‰（PDB）,B.mexicana δ¹³C为-0.51‰～-1.52‰（PDB）;U1328站位中U.peregrina δ¹³C为 -0.72‰～-2.71‰（PDB）,B.mexicanaδ¹³C为 -0.58‰～-1.45‰（PDB）。底栖有孔虫壳体的碳稳定同位素负偏成因可能与水合物不稳定分解释放的甲烷厌氧氧化作用和食物源有关,因而可较好地指示海底天然气水合物系统地质背景。     

云南西部施甸泥盆纪疑缘类及其古环境

云南西部施甸泥盆纪疑缘类研究对重建该地区泥盆纪古地理和沉积环境有十分重要的意义。首次报道了云南西部保山地区施甸泥盆纪疑缘类21属35种。根据疑缘类特征及其在地层中的分布和演化规律,自下而上可以划分2个疑缘类组合带: 相当施甸何元寨剖面的西边塘组上部泥岩段的疑缘类组合带; 马鹿塘疑缘类组合带。该区的疑缘类可与国内外同时代的疑缘类比较。微古植物（疑缘类）和孢子含量的比例关系及其特征性的属种证明,西边塘组属正常浅海沉积,马鹿塘组较西边塘组略深,为陆棚浅海沉积。     

浙东中新世Betula mioluminifera Hu et Chaney的发现及古气候重建

随着古气候和古环境研究的日渐深入,“特有种气候分析法”成为新生代定量重建古气候研究的重要方法之一。使用这一方法分析了浙江东部天台中新统下南山组的古亮叶桦（Betula mioluminifera Hu et Chaney）压型化石,研究了其叶结构特征及表皮微细构造,定量推论浙江天台中新世时年平均温度为12.5～22.1℃,春季平均温度为13.0～23.1℃,较现在温暖。我国内蒙、吉林、山东、云南等地的新近系发现过古亮叶桦,分布的北界为42°N。其现存最近亲缘种亮叶桦（Betula luminifera）生活在101～119°E,23～34°N之间,海拔500～1800 m的山区,是我国特有树种。亮叶桦分布范围的缩小显示中新世一段时期我国气候逐渐变冷的趋势。     

内陆河流域基于绿水理论的生态—水文过程研究

水文过程与植物生态过程之间的相互作用,是生态水文学研究的重点。基于Falkenmark等提出的绿水和蓝水概念的生态水文学研究,使水循环与生态学过程紧密地联系起来,并凸现了植物对水循环的作用。按绿、蓝水的理论思路进行分析,植被的水源涵养功能可看作是森林、草地等对天然降水在绿水和蓝水之间的按比例分成;荒漠雨养植被中植物的水循环模式是“纯绿”的,即降雨渗入土壤的水都以蒸散发（绿水）形式消耗掉;荒漠河（湖）岸植物的水循环是由蓝到绿,即其水分来源是地下水（蓝水）,经蒸腾（绿水）而消耗。     

Evaluating color reflectance spectral methods for estimating biogenic contents of South China Sea sediments

The biogenic contents of marine sediment cores are useful proxies for revealing past oceanic and climatic variability. Color reflectance spectral methods provide a rapid and non-destructive avenue for acquiring high-resolution biogenic content data from the split surfaces of marine sediment cores. This study presents new results on the applications of color reflectance methods for determining the biogenic contents of sediment cores retrieved from the South China Sea (SCS), a dynamic setting that receives biogenic components such as carbonate, total organic carbon (TOC), and opal from the sea, and terrestrial sediments transported by the Pearl River and Kao-Ping River from the north, and the Sunda Shelf from the south. Our study found that the color reflectance methods that are based on a regionally limited calibration provide more optimal estimates of the biogenic content of marine cores from the SCS than do basin-scale calibration methods. Though the regional calibrations appear to be successful, our analyses indicate the complexity of applying color reflectance methods in marine sediment core studies. We also performed a controlled experiment that was designed to quantitatively test how the carbonate content increased the influence of color reflectance changes, using outcropped, Pleistocene-aged sediment samples taken from the “Moon World (MW)” in southwestern Taiwan as control data. The results of this experiment suggest that the regression equations for estimating CaCO₃ content based on core data are not solely driven by input variables responding directly to CaCO₃ content changes, and that the composition of terrestrial sediment inputs into the SCS are complicated both spatially and temporally. Our studies also suggest that a better understanding of the compositional changes of terrestrial sediment inputs into the SCS will be required to minimize the uncertainties of biogenic content estimations by color reflectance methods.     

Cenozoic Sea‐land Transition and its Petroleum Geological Significance in the Northern South China Sea

The process of Cenozoic sea-land changes in the northern South China Sea(SCS)controlled the sedimentary filling pattern and played an important role in the petroleum geological characteristics of the northern marginal sedimentary basins.Under the control of the opening process of the SCS,the northern SCS Cenozoic transgression generally showed the characteristics of early in the east and late in the west,and early in the south and late in the north.The initial transgression occurred in the Eocene in the Taixinan Basin(TXNB)of the eastern SCS,while the transgression occurred until the Pliocene in the Yinggehai Basin(YGHB)of the western SCS.International Ocean Discovery Program(IODP)expeditions(Expeditions 367/368)revealed that the initial transgression of the SCS basin occurred at approximately 34 Ma,which was the initial opening time of the SCS.The period of drastic changes in the sedimentary environment caused by large-scale transgression corresponded to the opening time of the southwestern subbasin(approximately 23 Ma),which also represented the peak of the spreading of the SCS.The sea-land transition process controls the distribution of alternating continent-marine facies,marine facies source rocks and reservoirs in the basins.The marine facies source rocks of the basins in the northern SCS have a trend of gradually becoming younger from east to west,which is consistent with the regional process of gradual transgression from east to west.Regional sea-level changes were comprehensively influenced by SCS opening and global sea-level changes.These processes led to the early development in the east and south and late development in the west and north for the carbonate platform in the SCS.Carbonate platforms form another type of"selfgenerating and self-accumulating"oil-gas reservoir in the northern SCS.The sea-land transition controlled the depositional filling patterns of different basins and laid the foundation of marine deposits for oil and gas resources.The source-reservoircap assemblage in the northern SCS was controlled horizontally by provenance supply and sedimentary environmental changes caused by sea-land transition and vertically by the tectonic evolution of the SCS and regional sea-level changes.     

Deep structural research of the South China Sea: Progresses and directions

The South China Sea (SCS) is the hotspot of geological scientific research and nature resource exploration and development due to the potential for enormous hydrocarbon resource development and a complex formation and evolution process. The SCS has experienced complex geological processes including continental lithospheric breakup, seafloor spreading and oceanic crust subduction, which leads debates for decades. However, there are still no clear answers regarding to the following aspects: the crustal and Moho structure, the structure of the continent-ocean transition zone, the formation and evolution process and geodynamic mechanism, and deep processes and their coupling relationships with the petroliferous basins in the SCS. Under the guidance of the “Deep-Earth” science and technology innovation strategy of the Ministry of Natural Resources, deep structural and comprehensive geological research are carried out in the SCS. Geophysical investigations such as long array-large volume deep reflection seismic, gravity, magnetism and ocean bottom seismometer are carried out. The authors proposed that joint gravity-magnetic-seismic inversion should be used to obtain deep crustal information in the SCS and construct high resolution deep structural sections in different regions of the SCS. This paper systematically interpreted the formation and evolution of the SCS and explored the coupling relationship between deep structure and evolution of Mesozoic-Cenozoic basins in the SCS. It is of great significance for promoting the geosystem scientific research and resource exploration of the SCS.     

豫西济源地区早三叠世和尚沟组湖相遗迹化石及遗迹组构

豫西济源地区早三叠世和尚沟组滨浅湖沉积中动物遗迹化石共鉴定出9个遗迹属10个遗迹种。包括Arenicolites isp., Beaconites coronus, Cylindricum isp., Palaeophycus heberti, Palaeophycus tubularis, Planolites isp., Psilonichnus isp., Scoyenia gracilis, Skolithos linearis和Taenidium barretti等。根据遗迹化石分布特征及沉积环境分析,可识别出三种遗迹组构1）Scoyenia遗迹组构,反映了干旱气候条件下的滨湖沉积环境;2）Planolites—Taenidium遗迹组构,属于湖泊水体逐渐变浅的浅湖沉积环境;3）Psilonichnus遗迹组构,代表了水动力由弱到强的湖泊三角洲沉积环境。