南海三沙永乐龙洞古菌群落结构与多样性特征

海洋蓝洞作为一种独特的海洋地貌单元,洞内的生物群落结构与生态系统特征一直是国内外同行学者关注的热点问题之一。南海三沙永乐龙洞是世界上最深的海洋蓝洞(300m),其独特的生态特征更为引入瞩目。本研究以古菌16S rRNA基因序列为目标,采用Illumina高通量测序技术对西沙永乐龙洞内水体与沉积物中的古菌群落结构进行了研究。结果表明,本研究所获得的古菌类群可归为4门、21纲、29目、42科、45属,广古菌和奇古菌是丰度最高的两种古菌。龙洞内表层水体中古菌群落多样性与洞外水体相差不大,但随深度增加,洞内古菌群落多样性显著降低,深水层古菌群落结构与浅水层差异显著。龙洞内沉积物中的古菌生存环境与水体差异巨大,为大量特殊物种提供了生存空间。侧壁沉积物中的古菌群落多样性随深度增加显著降低,而150m平台处古菌群落多样性则远高于侧壁沉积物。水温对龙洞内水体中的古菌群落结构具有显著影响(P0.01)。研究结果显示永乐龙洞古菌群落有很高的多样性,其垂向分布与洞内环境多要素的变化密切相关。本研究对认识三沙永乐龙洞内的生态系统特征有显著意义。     

一种基于断面高程数据的河道冲淤计算方法—曲线正交网格地形法

本文应用河道固定断面高程数据和卫星遥感资料,建立了一种基于曲线正交网格的河道数字高程模型(DEM),进而进行河道冲淤定量计算的普适方法。应用1991—2012年黄河孙口-艾山河段河道断面高程数据,结合卫星遥感资料,分别应用本文方法、断面法和基于矩形网格的网格地形法计算了孙口-艾山河段的冲淤演化,比较了不同方法的差异,探讨了不同方法产生误差的主要原因,结果表明:基于三种方法计算得出的研究区河道冲淤演化趋势基本一致,但冲淤量差异较大。断面法计算结果与本文方法结果较为接近,平均相对误差约为9%,其计算误差主要源于未考虑河道宽度变化和断面方位与河道夹角的变化。基于矩形网格建模计算结果与本文方法结果相差较大,平均相对误差可达40%以上,主要由于现有断面数据空间分布不均匀,导致计算网格对于弯曲河道的控制不足,进而导致河道高程插值失真。本文方法考虑了河道河势与河长变化,计算网格与河道边界拟合较好,优化了河道高程插值方法,降低了断面方位对插值结果的影响,能够准确的计算河道的冲淤通量。     

东海内陆架有机碳的源—汇过程及其沉积记录

大陆边缘海是不同来源、不同性质有机碳沉积和埋藏的主要场所,在全球碳的生物地球化学循环过程中具有重要地位。东海内陆架接收大量陆源有机碳,并且具有较高的海洋生产力,是研究沉积有机碳来源、输运和埋藏的理想场所,已取得大量研究成果。在对相关文献进行系统整理的基础上,以沉积学的视角对前人研究成果进行了梳理,旨在为后续相关研究提供参考。全样分析（如TOC/TN、δ13C等）和生物标志化合物（如正构烷烃、甾醇类、木质素等）方法揭示东海内陆架有机碳的来源受沉积环境影响,由海向陆方向陆源组分整体显著增加,并具有季节性特征。东海内陆架沉积物在沿岸方向具有“夏储冬输”的宏观输运格局,该动力过程影响着陆源有机碳沿岸的输运路径和最终归宿;在东海29° N附近存在一个“舌形”的跨陆架输运通道,可能会存在陆源有机碳的跨陆架输运,影响深海有机碳的源—汇过程;另外,人类活动和极端气候事件也显著影响东海内陆架沉积物和有机碳的沉积过程和沉积记录,需要进一步研究。东海内陆架泥质区是陆源有机碳的重要埋藏区域,其埋藏效率受区域沉积有机碳含量和沉积速率控制,并与早期成岩过程中有机质矿化路径有关。沉积物中埋藏有机碳的地球化学特征可以用来重建长时间尺度的海平面变化、初级生产力、古海洋和古气候演化等,相关研究为理清东海内陆架地质历史时期的环境演化提供了依据。     

三沙永乐龙洞洞内侧壁礁体矿物和元素组成及其晚更新世以来的形成演化

三沙永乐龙洞深度在300m左右,是目前全球已知最深的海洋蓝洞,但是对其性质和成因了解极其有限。本研究使用X射线粉晶衍射仪、X射线荧光光谱仪、AMS14C测年等分析测试方法对采自不同深度的洞壁礁体的矿物物相、元素含量和形成年代进行了测定,探讨了洞壁性质和龙洞的演化。研究结果表明:三沙永乐龙洞洞内侧壁矿物均属于碳酸盐矿物,包括文石、高镁方解石和低镁方解石,平均含量分别为49.0%、46.6%、14.3%,它们主要来自钙质生物碎屑;洞内侧壁的主要元素是Ca、Mg、Sr,平均含量分别为36.8%、0.98%、0.48%。三沙永乐龙洞是一个复合体,17m以上岩石年龄晚于7.5cal kaBP,是全新世海平面上升时期形成的现代珊瑚礁体,没有经历过海平面下降引起的成岩作用; 17—35m岩石形成时代早于25cal ka BP,是经历了大气淡水成岩作用的晚更新世喀斯特溶洞,且在高海平面时期于17—23m以浅的空间内广泛发育洞内珊瑚礁。     

南海北部台湾峡谷“蛟龙号”第140潜次沉积物特征及其沉积过程指示意义

海底峡谷沉积物来源、输运机制和沉积过程的研究一直是深水沉积体系研究的关键,也是近年来深海浊流沉积研究中的热点问题。对"蛟龙号"第140潜次在南海北部台湾峡谷中段3个站位获取的沉积物短柱的粒度、有孔虫和黏土矿物进行综合分析,结果表明3个短柱上部均以粒度较细、变化较小并含半深海—深海环境的底栖有孔虫为特征的半深海沉积,下部以粒度明显变粗、含有较多浅水种底栖有孔虫的浊流沉积为主。AMS~(14)C测年结果显示该浊流沉积形成于约150aBP,表明台湾峡谷中段有典型的近现代浊流活动。此外,黏土矿物组成表明研究区正常半深海沉积与浊流沉积物源主要来自台湾,其次为珠江和吕宋岛的碎屑沉积物。     

三角洲废弃河道演化过程及受控机制——以黄河刁口废弃河道为例

废弃河道是河流系统的重要组成部分,其沉积记录蕴含了丰富的流域内构造活动、水文特征、海平面波动等环境变化的珍贵记录。然而相比内陆河废弃河道,三角洲废弃河道的演化过程及机制研究尚显不足。1976年黄河人工改道清水沟流路,切断了刁口流路的河流水沙供给,刁口流路逐渐废弃。通过1976—2016年的Landsat遥感影像、黄河水下三角洲测深资料和刁口流路河道高程测量数据,探讨了黄河刁口流路废弃河道演化过程及其受控机制。结果表明,刁口流路废弃40年来,河口不断向岸蚀退,河道长度逐渐萎缩,但废弃河道沉积过程并未完全中止,刁口流路L7—L11河段每年约有10×10⁴ t泥沙不断充填废弃河道,河道主槽高程抬升0.3~2.0 m。海洋动力是废弃河道演化的关键动力机制,波浪对刁口流路三角洲的冲刷为废弃河道充填提供了重要的物源,潮流携带悬浮泥沙回溯废弃河道,为其提供了直接泥沙供给。     

南海中部全新世以来海山深潜区有孔虫的地球化学记录及反映的气候变化

有孔虫在生长发育过程中能够捕获或黏附周围海水中的钙质或硅质形成自己的壳体,因此有孔虫的地球化学特征能够记录古气候、古海洋和古环境信息。以2017年蛟龙号第136潜次在南海珍贝海山底部约2500 m水深位置精准采集的柱状样品为研究对象,对其中的G.ruber以及G.sacculifer两类浮游有孔虫壳体的Mg/Ca以及碳氧同位素组成进行了分析测试。结果表明自12.6 ka以来该海域表层海水温度(SST)的变化范围为24.4~29.3℃,平均温度为26.2℃,并能够识别出明显的气候突变事件,在时间范围上与新仙女木事件和全新世东亚夏季风突变事件大致吻合。这些突变事件可能受控于ENSO活动和热带辐合带(ITCZ)平均位置的纬向移动,并与北大西洋冰筏事件具有遥相关。此外,发现全新世期间浮游有孔虫G.sacculifer和G.ruber的碳同位素分馏值Δ^13CG.sacculifer-G.ruber与SST变化有关,SST降低时,Δ^13CG.sacculifer-G.ruber呈负偏;而在SST升高时,Δ^13CG.sacculifer-G.ruber呈正偏。     

南海三沙永乐龙洞悬浮体组分及其来源

三沙永乐龙洞位于南海北部永乐环礁上,水深达300m,是世界已知最深的海洋蓝洞。采用扫描电镜和能谱仪对2016年10月和2017年3月在永乐龙洞从表层到270m的24个不同深度采集的水体悬浮体组分进行了分析,发现悬浮体组分种类丰富,粒度差异大,来源/成因多样,可分为生源碎屑、陆源碎屑、自生矿物颗粒、有机包膜-海洋雪花和人工产物碎屑等5类。生源碎屑以碳酸盐为主,主要来自现代珊瑚礁的松散沉积物,是悬浮体的主要组分。陆源碎屑主要是造岩矿物如石英和长石,以及一些包括重矿物的副矿物,其中细小的陆源造岩矿物碎屑,有可能来自气溶胶沉降,粗粒碎屑可能来自附近琛航岛工程散落的海南岛沿岸海砂。自生矿物颗粒包括重晶石、球状微粒氧化铁集合体和纳米黄铁矿。纳米黄铁矿及其集合体出现在130m以深水体中,是含硫化氢的无氧极端水体的特定产物。有机包膜在生物降解过程中形成,有时包覆多个不同组分的颗粒,常呈片状漂浮在水体中,形成海洋雪花。人工产物碎屑包括多种金属碎屑、微塑料纤维丝和过硫化铅丝。金属碎屑可能来自船只金属部件耗损,微塑料纤维可能来自渔网残余。本文是首次有关海洋蓝洞悬浮体组分的系统报道。永乐龙洞悬浮体组分特色鲜明,对认识其生态系统和沉积记录有重要意义。     

黄河调水调沙期间黄河入海水沙的扩散与通量

以2007年夏季黄河调水调沙期间黄河三角洲海域3断面连续站及渤海南部24个大面站观测的流场、温度、盐度及含沙量资料为依据,分析了调查区水沙扩散特征,计算了各连续站的拉格朗日余流及泥沙输送单宽通量。结果表明,黄河入海泥沙扩散范围非常有限,主要分布在南至莱州湾西南部、北至北纬38°附近离岸约20km以内的带状沿岸区域;但黄河冲淡水出现大面积扩散,覆盖了整个莱州湾的北部和中部,最远可至龙口附近,黄河入海水沙扩散不同步。在现行河口和钓口流路废弃河口存在两个高浓度泥沙中心,分别对应于黄河入海泥沙和废弃钓口流路海域底质再悬浮产生的两个泥沙来源。河口及三角洲近岸切变锋的阻隔及辐聚作用,是大部分黄河入海泥沙沉积在河口及沿岸13m水深以内的主要动力因素。受余流方向及水体垂向湍动较弱的影响,两个高浓度泥沙中心很少有泥沙交换。冲淡水的大面积扩散主要受表层余环流的影响。余流及悬浮泥沙通量计算显示,夏季黄河入海水沙在近岸主要向东北方向扩散。     

基于DSC模型的黄河入海流路稳定评价指标体系及其应用

历史上的黄河入海流路具有“十年一改道”的演变特征,其流路稳定问题一直是黄河河口综合治理研究和实践进程中的热点、难点和焦点问题。本文基于对黄河入海流路失稳驱动因子的分析,以黄河入海流路失稳驱动力响应模型作为构建流路稳定评价指标体系的理论依据,以DSC模型(DrivingForce-State-Control,驱动力-状态-控制模型)作为描述框架模型,通过对15个要素、83个具体指标因子的筛选、调整和优化,分别构建了具有不同稳定目标特征值的基本判别指标体系和综合判别指标体系。利用两种判别指标体系对现状黄河入海流路的稳定状态进行了计算判断,结果表明:现状西河口水位(二)站在10000 m^3/s流量时水位为10.52 m,距离12 m改道标准尚有1.48 m的上涨空间,其流路综合稳定状态评价值为0.259,流路稳定状态良好。