楚科奇海悬浮体含量分布及其颗粒组分特征

对中国第四次北极科学考察在楚科奇海获取的悬浮体样品进行悬浮体及其颗粒组分特征的分析,旨在了解楚科奇海悬浮体分布、成因特征以及其沉积学意义。研究发现,楚科奇海中部悬浮体浓度最低,而在靠近白令海峡的南部海域和中北部海域,中下层海水中发现两个悬浮体浓度高值区。楚科奇海阿拉斯加沿岸和巴罗峡谷底层海水中,悬浮体浓度相对较高。扫描电镜分析结果显示,楚科奇海南部和中北部中下层海水中的悬浮体,主要以硅藻为主,但这两个海域的硅藻优势种明显不同。阿拉斯加沿岸和巴罗峡谷中的悬浮体,以生物碎屑为主。结合楚科奇海温度、盐度资料,楚科奇海南部和中北部高浓度悬浮体分别受经白令海峡夏季入侵的太平洋海水和楚科奇海冬季残留水的控制,而阿拉斯加沿岸和巴罗峡谷中下层的悬浮体,则受阿拉斯加沿岸流的控制。     

北极海冰快速减少期间加拿大海盆上层海洋夏季淡水含量变化

北极海冰近年来快速减少,北冰洋淡水含量也出现了急剧变化。加拿大海盆作为北冰洋淡水的主要存储区域,研究其淡水含量变化对于认识北冰洋淡水收支有重要意义。本文根据2003年、2008年中国北极考察以及2004年至2007年的加拿大考察数据进行计算,发现除2006年以外,夏季加拿大海盆淡水含量在此期间每年增加1m以上厚度。增加主要发生在冬季白令海水以上的上层海水中,而在此之下,淡水含量维持在3m左右,没有显著年际差异。在2006年,加拿大海盆西部上层淡水含量略微减少,但东部和北部海域淡水含量仍略有增加。与2003年相比,2008年加拿大海盆中心海区淡水含量增加量最高可达7m。分析表明,近年来的海冰减退对加拿大海盆上层淡水含量的增加起着重要作用,北极涛动(AO)正负相位变化也是控制其淡水含量变化的一个重要因素。而降水、径流以及白令海峡入流水的变化对加拿大海盆淡水含量变化影响较小。     

北极加拿大海盆2003年和2008年上层海洋热含量的差异分析

主要利用2003年和2008年两次夏季北极科学考察的CTD数据处理了加拿大海盆上层海洋的热含量(这里上层海洋指的是200m以上的海洋),定量分析了热含量随深度的变化,并比较分析了这两年在夏季海冰融化期间热含量的垂向差异变化,以及影响热含量变化的因素,给出了上层海洋热含量在加拿大海盆的空间分布。2008年与2003年相比最显著的变化是在加拿大海盆开阔水域的增加,这将导致太阳辐射能进入海洋中的能量增加,同时海冰的大量融化带来了大量淡水,这些变化改变了上层海洋的温盐性质。海冰大量融化主要产生两个效应：一是上层海洋的普遍增暖,二是太平洋入流水体的下移。文中还分析了近年来在加拿大海盆中变化显著的次表层暖水现象,由于次表层暖水蕴含着不小的热含量,其在上层海洋热量平衡中的作用不容忽视。     

北极航道相关海域科学考察研究进展

我国从1999年开始已实施了四次北极科学考察,对白令海、楚科奇海、波弗特海、加拿大海盆和马卡若夫海盆进行了广泛的考察。全球变化导致的北冰洋夏季海冰覆盖面积不断减少,导致冰期以来北极东北航道和西北航道的首次同时开通。北极航道集中在陆架海域,不仅是海冰变化最为显著的海域,同时也是陆地－北冰洋相互作用最为显著的区域,对北冰洋区域气候、生态系统和生物多样性、以及经济和当地土著居民生活等具有重大影响。本文对北极航道关键海域近年来国际相关科学考察进行了总结,对科学考察背后的各国北极策略进行分析,并从科学需求的角度对我国在今后北极科学考察中针对北极航道相关海域应开展的科学考察与研究提出了相关建议。     

北冰洋加拿大海盆南缘的管水母类及其分布

本文分析了 1 999年夏季我国首次北极科学考察楚科奇海及邻近的北冰洋加拿大海盆南缘海域管水母类的种类组成、丰度和垂直分布。仅在加拿大海盆南缘出现 2种管水母 ,而楚科奇海未发现管水母类。对柔弱五角水母和北极单板水母多营养体期 (无性 )和单营养体期 (有性 )的主要形态特征作了较完整的记述和作图 ,并讨论了它们的形态类型及生态习性。加拿大海盆南缘海域北极单板水母的丰度 (平均 42× 1 0 - 3 个 m3 )大于柔弱五角水母 (2 4× 1 0 - 3 个 m3 )。这 2种管水母均仅出现在水深 1 0 0～ 80 0m ,而且最大丰度也都在 3 0 0— 2 0 0m层 ,即刚好聚集于强盐度跃层中和跃层下面     

基于锚系观测的北冰洋加拿大海盆中层水变化研究

20世纪90年代以来,北极进入了以海冰快速减少为显著特征的快速变化时期。通过分析“波弗特流涡观测计划”在北冰洋加拿大海盆的4个站点上布放剖面观测系统所获得的2003—2011年的温度、盐度剖面观测数据,研究了加拿大海盆北极中层水的变化特征。在观测期间,加拿大海盆中央区中层水核心温度变化较小,楚科奇海台地区有明显下降特征,海盆中央区以北以及加拿大群岛陆坡边缘区核心温度呈持续升高趋势。北极中层水核心深度在4个站点都有不同程度的加深趋势,加深的程度和参与分析的表层淡水含量以及因海冰消失导致的风应力变化有一定的对应特征。4个站点表层(75—200 m)的热含量在无冰海域有明显的增长,在有冰海域热含量较稳定;加拿大海盆200—400 m和400—800 m深度范围内的热含量变化情况与中层水核心深度的变化情况一致,伴随着中层水核心深度加深至400 m乃至更深处,中层水的能量也逐渐下移,造成200—400 m水层能量普遍降低而400—800 m水层能量普遍增加。加拿大海盆4个观测站点因背景环境条件和所受影响的不同,造成了中层水的变化和响应趋势的差异。     

基于锚系观测的北冰洋加拿大海盆中层水多年变化研究

20世纪90年代以来,北极进入了以海冰快速减少为显著特征的快速变化时期。通过分析"波弗特流涡观测计划"在北冰洋加拿大海盆的4个站点上布放剖面观测系统所获得的2003—2011年的温度、盐度剖面观测数据,研究了加拿大海盆北极中层水的变化特征。在观测期间,加拿大海盆中央区中层水核心温度变化较小,楚科奇海台地区有明显下降特征,海盆中央区以北以及加拿大群岛陆坡边缘区核心温度呈持续升高趋势。北极中层水核心深度在4个站点都有不同程度的加深趋势,加深的程度和参与分析的表层淡水含量以及因海冰消失导致的风应力变化有一定的对应特征。4个站点表层(75—200 m)的热含量在无冰海域有明显的增长,在有冰海域热含量较稳定;加拿大海盆200—400 m和400—800 m深度范围内的热含量变化情况与中层水核心深度的变化情况一致,伴随着中层水核心深度加深至400 m乃至更深处,中层水的能量也逐渐下移,造成200—400 m水层能量普遍降低而400—800 m水层能量普遍增加。加拿大海盆4个观测站点因背景环境条件和所受影响的不同,造成了中层水的变化和响应趋势的差异。     

白令海峡入流水影响下的楚科奇海海冰面积时空变化特征

利用美国国家冰雪中心的Bootstrap海冰密集度卫星遥感资料分析1991—2015年楚科奇海海冰覆盖面积的时空变化特征,并探讨白令海峡入流水对海冰面积变化的作用机制。楚科奇海海冰覆盖面积月距平以0.7%×a~(–1)的速度减小,从2002年开始维持负距平特征。白令海峡入流水的热通量及其在楚科奇海的环流路径显著影响楚科奇海海冰的时空变化。海冰面积变化与入流水热通量具有高相关性(R=–0.86),夏季(5—8月)两者的相关性更加显著,热通量增加对海冰面积显著减小起关键作用。楚科奇海海冰分布减小的区域与白令海峡入流水环流特征和分布关系密切, 5—7月海冰分布在入流水三条主要流动路径上(海渃德海谷、中央通道、巴罗海谷)的季节特征和年际变化最为显著。海冰面积及分布对入流水的响应均有1—2月的滞后。     

夏季北冰洋楚科奇海微微型、微型浮游植物和细菌的丰度分布特征及其与水团的关系

本文利用2008年我国第三次北极科学考察的机会,分析了夏季楚科奇海微微型、微型浮游植物和细菌丰度的分布特征,并探讨了它们与楚科奇海水团之间的关系。结果表明：与北冰洋的其它海域相比,楚科奇海的微型浮游植物丰度相对较高（0.03~10.23×103 cells/mL）,微微型浮游植物则大致相同（0.01~2.21×103 cells/mL）,而浮游细菌丰度明显较高（0.21~9.61×106 cells/mL）。白令海陆架水与海冰融化混合水和阿纳德尔水浮游植物群落结构不同,夏季随着太平洋水入流水对楚科奇海的日益影响,其水体本身的群落结构可能被外来群落替代。     

西北冰洋二氧化碳分压变异与海冰变化的关系

北极海冰消退造成了开阔水域面积的增加,进而促进表层海水吸收更多的二氧化碳(CO₂),导致表层CO₂分压(pCO₂)呈上升趋势。然而,目前还缺少对于海冰消退过程中pCO₂的显著变化及其与海冰联系的相关研究。本研究基于2008年中国第三次北极科学考察数据,发现西北冰洋夏季海表pCO₂的分布呈现出陆架区低海盆区高的特征,整个海区总体上为大气CO₂的汇,其中陆架区碳汇通量为13.8 mmol·m^–2·d^–1,而广阔的加拿大海盆区仅为3.7 mmol·m^–2·d^–1。本研究重点分析了海盆区高pCO₂和低碳汇的驱动机制,根据质量平衡模型模拟了加拿大海盆区在整个海冰融化过程以及随开阔海域时间延长的情景下,海表pCO₂的响应变化趋势。结果表明:(1)在融冰过程中,海-气CO₂交换驱动pCO₂呈缓慢增...     

影响北极地区迅速变化的一些关键过程研究

最近研究证明 ,近半个世纪来 ,北极地区正在发生迅速变化。部分地区温度上升了 2- 3°C ,北冰洋海冰退缩 5 %,中心地区海冰厚度变薄 ,海面压力降低 ,中上层水淡化和变暖 ,吸收CO2 能力增加 ,臭氧耗损和紫外线辐射增强。中国于 1 999年开展了“中国首次北极科学考察” ,在楚科奇海、加拿大海盆、白令海以及临近海域开展了海冰气相互作用的多学科综合考察 ,对北极的区域特征及其在全球变化中的作用研究获得一些新的认识。观测到加拿大海盆中层水持续增暖的现象 ,揭示了西北冰洋与白令海水体交换的途径和次表层暖水结构 ,发现了加拿大海盆是北冰洋河水的主要储存区。利用联合冰站观测数据 ,模拟了北冰洋夏季大气边界层结构和下垫面能量平衡的变化特征 ,定量给出了北冰洋夏季海 /气和冰 /气之间湍流通量和边界层参数的差异。海 /气CO2 的通量观测表明 ,考察区的大部分海域均为大气CO2 汇区 ;西北冰洋海冰区具有较高的生物泵运转效率 ,楚科奇海陆架是一个高效的有机碳“汇”区 ,寒冷水体中微生物活动并未受到明显抑制。沉积物的地球化学过程研究表明 ,海底表层沉积物中碘含量存在着由低纬度到高纬度增加趋势 ,北极地区可能是碘的汇区 ,碘可作为极区古海洋中的地球化学元素变化的重要指标。楚科奇海、白令海     

加拿大海盆氟氯烃的分布及其示踪研究

中国第二次北极科学考察期间(2003年7-9月)于加拿大海盆采集了9个站位的水样,用于氟氯烃(CFCs)的分析。结果表明加拿大海盆表层水中的CFC-11浓度最高为6.70pmol/kg,CCl4浓度最高为9.62pmol/kg,但均未达到饱和状态。二者在表层水中的饱和度分别在70.54%-84.70%和76.54%-91.53%之间,这可能与海冰覆盖和低CFCs浓度的太平洋水的入侵有关。在2000m深度仍存在相当浓度的氟氯烃,这表明加拿大海盆深层水与外界水体存在交换更新。氟氯烃的垂直分布进一步证实了加拿大海盆水团呈层状的垂直分布结构。同时采用pCFC-11、pCCl4测年法对各水团年龄进行了估算。     

白令海和楚科奇海水文特征和水团结构的初步分析

根据我国首次北极科学考察所获 CTD资料 ,分析了白令海和楚科奇海的水文特征和水团结构。研究表明 :(1 )该两海域温、盐度的分布有着明显的区域性差异。楚科奇海的温、盐度普遍低于白令海。 (2 )夏季 ,白令海大部分水域温度垂直分布的突出特点是 :在 2 0 m和 2 5 0 m间存在温度低于 3°C的中层冷水。 (3 )在楚科奇海北纬 70°以北海域 ,不论是水温或盐度皆明显减小 ,从而在此区域形成强的温、盐度锋带。 (4)在白令海存在三种水团 ,而楚科奇海的水团则大致分为两类     

南北极海冰变化及其影响因素的对比分析

海冰是海洋-大气交互系统的重要组成部分,与全球气候系统间存在灵敏的响应和反馈机制。本文选用欧洲空间局发布的1992—2008年海冰密集度数据分析了南北极海冰在时间和空间上的变化规律与趋势,并结合由美国环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和美国大气研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)联合制作的NCEP/NCAR气温数据和ENSO指数探讨了南北极海冰变化的影响因素。结果表明,北极海冰面积呈明显的减少趋势,其中夏季海冰最小月的减少更快。北冰洋中央海盆区、巴伦支海、喀拉海、巴芬湾和拉布拉多海的减少最明显。南极海冰面积呈微弱增加趋势,罗斯海、太平洋扇区和大西洋扇区的海冰增加。北极海冰面积与气温有显著的滞后1个月的负相关关系(P0.01)。北极升温显著,北冰洋中央海盆区、喀拉海、巴伦支海、巴芬湾和楚科奇海升温趋势最大,海冰减少很明显。南极在南大西洋、南太平洋呈降温趋势,海冰增加。北极海冰减少与39个月之后ONI的下降、40个月之后SOI的上升密切相关;南极海冰增加与7个月之后ONI的下降、6个月之后SOI的上升存在很好的响应关系。南北极海冰变化与三次ENSO的强暖与强冷事件有很好的对应关系。     

北冰洋西部表层沉积物矿物学特征及其物质来源

对北冰洋西部79个表层沉积物样品进行了全岩X射线衍射矿物组成分析,结合洋流和地质背景,探讨各矿物分区的物质来源。矿物组合分区表明研究区物质来源变化较为复杂:(1)在楚科奇海的中部靠近白令海峡处长石含量很高,主要是阿纳德尔流携带的来自阿纳德尔河的沉积物;在楚科奇海的西侧的长石含量也较高,且与其他矿物组合分区相比,角闪石含量较高,这是因为受阿纳德尔流和东西伯利亚沿岸流的双重影响,沉积物来自西伯利亚陆地的一些高含长石的火山岩及沉积岩等。在楚科奇海的东侧,石英含量很高,来源为阿拉斯加沿岸流携带的育空河及卡斯奎姆河的沉积物。在阿拉斯加北部,碳酸盐岩和石英含量高,这与马更些河搬运的沉积物有关;(2)北冰洋西部深水区中加拿大海盆的南端和中部方解石和白云石的含量较低,说明受波弗特环流携带的加拿大北极群岛的碳酸盐影响相对较小,且与其他矿物组合分区相比,云母含量最高,说明沉积物主要来源为来自拉普捷夫海的海冰沉积物;此外,一些黏土级细粒物质可能由大西洋中层水携带而来。深水区的其他海域以方解石和白云石含量高为特点,主要受波弗特环流的影响,来源主要为加拿大北极群岛的班克斯岛和维多利亚岛;此外,还受来自西伯利亚陆架,主要是拉普捷夫海沉积物的影响。     

1999年夏季中国首次北极考察区水团特征

依据 1 999年 7月至 9月中国首次北极考察队在白令海、楚科奇海和南加拿大海盆的现场调查资料 ,本文分析了三个海区的水团特征 :( 1 )白令海水团主要由季节变化显著的白令海上层水团和中层水团以及深层水团组成 ;( 2 )楚科奇海水文特征受融结冰过程影响较大 ,1 999年7月和 8月差异较大 ,其水团主要为浅海变性水团 ,包括两个次级水团 ,楚科奇海夏季水和来自北太平洋以及北冰洋变性的外海入侵水 ;( 3)南加拿大海盆的水团主要由受融结冰过程影响的表层水团、源于太平洋水的次表层水、源自北大西洋的中层水团和深层水团组成     

北冰洋西部楚科奇海盆晚第四纪生源沉积物及其古海洋学意义

通过北冰洋西部楚科奇海盆M03孔晚第四纪以来生源沉积物,有孔虫丰度和冰筏碎屑(Ice．Rafted Detritus,IRD)的综合研究表明,海洋氧同位素(Marine Isotope Stage,MIS)7期以来,碳酸钙(CaCO )含量和浮游有孔虫丰度在间冰期的增加和冰期的降低,分别指示大西洋水输入的加强和减弱。而有机碳(TOC)和生源蛋白石(Biogenic Opa1)含量的变化可能主要与输入到海底的TOC降解和Opal溶解作用与底层水中的溶解氧有关。间冰期低的TOC和Opal含量可能反映楚
科奇海盆海冰覆盖减少,营养盐供给多,表层生产力增加,通气作用好,底层水富氧,降解和溶解作用增强,保存在沉积物中的TOC和Opal减少;而冰期相对高的TOC和Opal含量可能反映楚科奇海盆海冰覆盖时间较长,营养盐供给少,表层生产力较低,通气作用差,底层水少氧,降解和溶解作用减弱,保存在沉积物中的TOC和Opal增多。     

白令海、楚科奇海、加拿大海盆沉积物重金属潜在生态风险评价

利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS仪)测定北极亚北极海区的白令海、楚科奇海、加拿大海盆海区沉积物中8种重金属元素的浓度,并对8种重金属元素的地球化学特征、空间分布特征、可能来源进行了研究。研究发现,Cr、Zn、Co、Ni、Cu、Pb、Bi有很强的相关性,说明其具有相似的来源,且空间分布的特征相似,均为沉积物底质中的浓度在研究区内呈现出在白令海和楚科奇海较低,在加拿大海较高的特征;而Cd与其他重金属空间分布差异明显。应用Hakanson潜在生态危害指数法与内梅罗综合污染指数法对各重金属的潜在风险进行了评价,其中,用Hakanson潜在生态危害指数法求得北极整体生态风险性指数值达到43.01,处于轻微生态风险状态,Co重金属元素风险最大。研究结果表明,两种评价结果得出类似规律,白令海生态安全性最高,楚科奇海大部分地区生态安全性较高,加拿大海盆的生态安全性最差。在研究区内整体上呈现出由高纬度向低纬度生态安全逐渐增高,西部生态风险性大于东部的趋势。     

白令海和楚科奇海陆架区的生源物质埋藏通量研究

楚科奇海和白令海通过白令海峡相连,是气候变化研究的关键区域。利用210Pb过剩法开展两个海域沉积过程和生源物质的埋藏通量研究。研究发现,白令海陆架区沉积柱样(NB22)受到生物扰动影响,楚科奇海沉积物柱样(R17)所受生物扰动很小。通过建立模型,获得楚科奇海陆架区的沉积速率为0.6±0.1 mm·a~(-1),白令海陆架区的沉积速率为2.1±0.7 mm·a~(-1)。忽略沉积过程,白令海陆架区由生物扰动引起的混合因子为1.38±0.92 cm2·a~(-1);考虑沉积过程,则混合因子为0.65±0.95 cm2·a~(-1)。白令海的有机碳、生源硅、Ca CO3的埋藏通量分别为:6.85 mmol C·m-2·d-1、37.7 mmol Si·m-2·d-1、3.15 mmol C·m-2·d-1;楚科奇海的有机碳、生源硅、Ca CO3的埋藏通量分别为:5.71 mmol C·m-2·d-1、9.78 mmol Si·m-2·d-1、3.08 mmol C·m-2·d-1。楚科奇海陆架区具有高效的垂直输运的海洋生物泵,白令海陆架区海洋生物泵可能存在较强的水平输运过程。海洋沉积物中210Pb信号不仅可以定量沉积速率和埋藏通量,也在一定程度上反映海洋底栖生物的扰动强度。     

北冰洋地质构造及其演化

北冰洋及其周围的陆架海资源十分丰富,尤其是油气和煤炭。但受自然条件的限制,调查程度很低,许多地质与构造问题尚未解决。区域构造的认识主要依赖航磁测量结果。本文试图综合各国对北冰洋地区的研究现状,形成对该区地质构造及其演化的认识：1）欧亚海盆磁条带清晰,对海盆构造和演化历史认识争议最小,识别的最老磁条带为25,因此海盆大致于58Ma开始张开。磁条带13,之后,Yermak高地与莫里斯?杰塞普隆起分离,欧亚海盆与北大西洋连通。2）从地壳结构与地壳厚度,以及其它资料来看,阿尔法海岭－门捷列夫海岭与罗蒙诺索夫海岭一样,应为陆壳,可能是先后从巴伦支陆架裂离形成的。3）马卡罗夫海盆为典型的洋壳,其形成方式和时代还很少约束,其中观点之一是在晚赛诺曼期－早始新世,随阿尔法海岭－门捷列夫海岭裂离巴伦支陆架,海底扩张形成,并随Gakkel扩张中心在晚古新世的形成而逐步衰退。4） 加拿大海盆可能是北冰洋最早形成的海盆,其形成时间与机制至今仍所知甚少,但可能是从140~135Ma至95~80Ma,随新西伯利亚－楚科奇－阿拉斯加微板块旋转裂离加拿大北部陆缘形成。5）北冰洋的演化大致可以分为3个主要阶段：晚侏罗世－早白垩世、晚白垩世－新生代早期、新生代。第一阶段,加拿大海盆地的扩张中心形成、演化与消亡,第二阶段是拉布拉多－巴芬－马卡罗夫扩张中心的形成与演化,在始新世停止活动,第三阶段,极慢速的Mohna、Knipovich和Gakkel洋中脊的扩张,致使欧亚海盆形成。