末次冰期低纬度西太平洋硅藻席沉积与生态特征

硅藻在全球碳循环中发挥着重要的作用。"树荫种"硅藻在次表层水体中的勃发成席,并迅速埋藏成为硅藻席沉积,使人们逐渐意识到次表层生产在整个生产力及输出生产中起着重要作用。介绍了首次在低纬度西太平洋区域发现的硅藻席沉积的分布特征,硅藻席发现站位呈带状分布,大致呈北西-南东向展布,大部分散布在17.5°～20°N之间。采集到硅藻席沉积物的站位其水深在碳酸钙补偿深度(CCD)以下4837～6150m的深水区,多分布在较平坦的海底,且受风力和陆源物质输入影响相对较强的区域。该区域硅藻席的形成可能是由于末次冰期时该海区有大洋锋面的形成所致。该区域的成席硅藻Ethmodiscus rex(Wallich)Hendey为典型的"树荫种"硅藻,可以通过自身调节浮力的作用,在水体相对稳定的贫氧大洋中生存并勃发成席。末次冰期低纬度西太平洋硅藻席沉积的发生,可能使该区成为CO2的汇。     

末次冰期低纬度西太平洋硅藻席沉积中的硅藻记录

硅藻席沉积是由"树荫种"硅藻大量勃发并快速堆积而成。与成席硅藻同时大量生长的还有其他体型较小的硅藻。通过对WPD03和WPD12孔末次冰期低纬度西太平洋硅藻席沉积样品进行硅藻分析,共鉴定硅藻40属101种(含变种)。硅藻组成中既有淡水种和沿岸种以及外洋冷水种,也有外洋暖水种,但主要以大洋暖水种和广布种为主。在主要的硅藻属种中,Thalassionema frauenfeldii的平均百分含量最高,Thalassionema nitzschioides、Azpeitia nodulifera、Nitzschia marina、Hemidiscus cuneiformis等次之,这5种硅藻占了整个非成席硅藻物种相对百分含量的85%左右,说明在该海域表层水体硅藻席沉积过程中,这5种硅藻最容易与成席硅藻在同时期的环境中生存,形成勃发。初步断定硅藻席形成时期环境为热带水体的大洋性环境。     

海洋纹层硅藻席古海洋学与生物地球化学研究进展

海洋大型硅藻的勃发及其在海底的纹层硅藻席沉积代表大规模的有机碳和生物硅输出通量,该生物堆积事件或过程对海洋酸化和全球变暖产生负反馈,因而在气候变化中的地位不容小觑。本文在融入作者研究成果的基础上总结了国内外关于海洋纹层硅藻席的研究现状,认为大型硅藻勃发不能直接和上涌活动相关联,在热带海区一般与成层化相关,在亚热带海区总体上与锋面作用相关。大型硅藻勃发时,表层水不一定贫养,也可以是富养的,也不总是需要借助浮力下沉到营养跃层吸收营养物,可直接吸收海洋表层中的营养物(如风尘溶解来源的硅酸)。大型硅藻通过高的初级生产力吸收大气中的CO_2,尔后在海洋深部降解形成的CO_2在海洋成层化条件下以巨大"呼吸CO_2库"得以封存,代表促使冰期大气pCO_2降低的一种重要机制。海洋纹层硅藻席的保存环境由多种因素制约,可以是氧化的也可以是亚氧化的,因而对用纹层沉积物来指示缺氧底层水条件应持谨慎态度。另外,提出了解释大型硅藻勃发和硅藻席形成机制的新模式"风尘触发硅藻席沉积",极大地促进了硅藻席沉积成因谜团的解决。最后,指出了目前海洋纹层硅藻席研究中存在的问题并阐述了未来可以开展的研究方向。     

西太平洋E20岩芯末次冰期以来的沉积特征与环境意义

硅藻席沉积在热带西太平洋陆续被发现,其形成年代和机制对于热带西太平洋碳循环研究具有重要意义。本文对采自西马里亚纳弧,含近2.5 m厚硅藻席沉积的E20岩芯进行了高分辨率的XRF元素扫描、颜色扫描以及AMS14C测年分析。结果表明,E20可分为3个沉积单元,从下至上具有深海黏土—硅质软泥—硅质黏土的沉积序列,Ti、Fe、Cu、Br等元素呈三段式变化,Ca与Si元素呈反向变化。综合AMS14C测年结果推测,E20反映了西太平洋低纬度海区末次冰期以来显著的环境变化,10.9～28.6 ka B.P.为硅藻席勃发期,而末次冰期时风尘输入量的增加可能是勃发的主要原因。硅藻席沉积的保存与其周围的围陷地形有很大关系。     

甲烷流体活动与沉积物中碳、氮同位素组成响应——南海东北部海洋Ⅳ号地区研究

南海东沙群岛东北部海洋Ⅳ号地区GC16站重力柱状沉积物中的有机碳、总氮,以及自生碳酸盐岩矿物的无机碳同位素组成分析结果表明,甲烷流体活动区硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ—sulfate methane transition zone)是重要的生物地球化学界面,该带内沉积物中有机碳、氮与无机碳同位素组成变化明显。GC16站SMTZ上界面以下的沉积物中有机碳、氮同位素组成分别比其上的沉积物负偏1.4‰PDB和0.93‰,反映该带内甲烷缺氧氧化作用(AOM—anaerobic oxidation of methane)与氨氧化作用发育。无机碳同位素组成表明SMTZ界面之下沉积物中的自生碳酸盐岩矿物为以微生物为媒介的甲烷驱动成因,地质历史时期(至柱状沉积物底部沉积时期)曾发生过2次较强烈的CH4流体活动;目前该区甲烷流体活动较弱,甲烷流体影响深度与SMTZ上界面一致,未能到达海底。     

北极快速变化的生态环境响应

北冰洋由于其特殊的地理位置,成为全球变化响应最为敏感的地区。本文聚焦北极海冰变化幅度最大的西北冰洋,从营养盐、叶绿素、浮游植物群落和沉积碳埋藏等变化来讨论海洋生态环境对北极快速变化的响应。尽管太平洋北向流和北极周边河流输入加强可以增加西北冰洋上层营养盐储库,但由于夏季硅藻旺发向沉积物迁出大量生源元素,使得上层营养盐相对亏损,部分海域存在显著的氮限制和硅限制。随海冰减退,尽管夏末海盆区浮游植物呈现小型化趋势,但西北冰洋总体上浮游植物现存量和初级生产力呈现增高的趋势;伴随叶绿素极大层下移、北扩,以硅藻为代表的生物泵过程得以更高效的运转。在沉积物埋藏的有机碳中,除原先北冰洋生态系统占据重要比份的冰藻外,硅藻等藻类的有机碳埋藏也逐渐增加。西北冰洋海洋初级生产力的增加不仅促进了生物泵的运转和碳的埋藏,而且给海洋生态系统提供了更多的食物来源。北极海域目前已成为全球碳源汇格局变化最大、海洋生态系统改变最显著的地区之一。     

甲烷流体活动与沉积物中碳、氮同位素组成响应——南海东北部海洋IV号地区研究

南海东沙群岛东北部海洋IV号地区GC16站重力柱状沉积物中的有机碳、总氮,以及自生碳酸盐岩矿物的无机碳同位素组成分析结果表明,甲烷流体活动区硫酸盐甲烷转换带(SMTZ—sulfate methane transition zone)是重要的生物地球化学界面,该带内沉积物中有机碳、氮与无机碳同位素组成变化明显。GC16站SMTZ上界面以下的沉积物中有机碳、氮同位素组成分别比其上的沉积物负偏1.4‰PDB和0.93‰,反映该带内甲烷缺氧氧化作用(AOM—anaerobic oxidation of methane)与氨氧化作用发育。无机碳同位素组成表明SMTZ界面之下沉积物中的自生碳酸盐岩矿物为以微生物为媒介的甲烷驱动成因,地质历史时期(至柱状沉积物底部沉积时期)曾发生过2次较强烈的CH₄流体活动;目前该区甲烷流体活动较弱,甲烷流体影响深度与SMTZ上界面一致,未能到达海底。     

末次冰期热带西太平洋硅藻席沉积中硅藻记录对古环境的响应

通过对末次冰期热带西太平洋硅藻席沉积区WPD-03孔的硅藻鉴定结果进行主成分分析,得出主成分Ⅰ可表示该孔海表盐度的变化,且得分越高,表示盐度越低;主成分Ⅱ可表示该孔海表温度的变化,且得分越高,温度越高。在过渡层段也即MIS3期的晚期,由于盐度相对较低的海水上涌,使海表盐度降低的同时带来大量营养物质,导致非成席硅藻的勃发。继而"低盐帽"的形成促使海水的成层化,诱使成席硅藻勃发,导致"秋季沉降",从而形成硅藻席沉积。亦说明盐度相对较低海水的输入,可能是研究区硅藻席沉积形成的诱因之一。     

长江口外赤潮多发区近几十年来的古生产力记录及环境意义

选取长江口外赤潮多发区沉积物柱状样,在高分辨率测年基础上,通过有机碳、有机碳同位素(δ13C)、生物硅、绿素等多项指标的分析获得了调查海区古生产力的变化信息。并结合近几十年来营养盐浓度及组成结构的变化探讨了海洋浮游藻类组成结构的变化在海洋古环境中的记录。柱状样年代可追溯到20世纪40年代初。δ13C值在柱中的分布为-26.15×10-3~-19.5×10-3,表明有机碳为陆源与海生的混合。生物标志物在柱状样中的分布可大致分为三个阶段,50年代以前含量均较低;50年代至80年代含量均增加,表明海洋浮游藻类活动强烈且以硅藻为主,与此阶段长江口营养盐浓度迅速增加相对应;80年代以后,生物硅的含量下降至整个柱中最低水平,绿素有所降低,但高于50年代前的水平,而有机碳含量增加,表明在该时段硅藻生物量降低,其他藻类生物量有所增加,这与长江口营养盐氮盐持续增加而硅酸盐逐年降低、氮与磷的含量比值、磷与硅的含量比值迅速增大有关。沉积记录还表明此阶段陆源有机碳的贡献增强。     

156 ka以来西菲律宾海陆坡沉积物的定量源-汇过程及其碳循环效应

通过对西菲律宾海大陆坡上MD06-3052岩芯沉积物中有机质稳定碳同位素组成(δ¹³C_org)的分析,结合该孔有机碳含量、总氮含量、沉积物不同组分通量以及陆源区风化剥蚀指标等数据,探讨了156 ka以来冰期-间冰期旋回中研究区有机质的定量源-汇过程、主控因素及其碳循环效应。结果表明：δ¹³C_org值在-27.4‰～-18.6‰波动,平均值为-22.2‰,且呈现出冰期相对偏负而间冰期相对偏正的变化特征,有机质的具体来源包括海洋生物和陆地C3植物,在冰期和间冰期阶段分别以陆源(平均约为67%)和海源(平均约为83%)有机质的贡献为主。陆源有机碳含量和通量的变化趋势与总有机碳相应指标非常一致,均具有冰期高而间冰期低的特征,表明研究区冰期阶段有机碳通量增加的最主要原因是海平面下降所引起的大陆架出露及其上松散硅酸盐沉积物的强物理剥蚀作用。再结合热带西太平洋其他岩芯的相似记录,认为当时热带广泛出露大陆架上的强硅酸盐风化剥蚀作用及与其相伴随的高海底有机碳埋藏通量在大气CO₂浓度降低和全球变冷...     

末次冰期以来南海东北部陆源有机碳埋藏通量演变:海平面和季风驱动

大陆边缘盆地是大陆风化剥蚀产物的主要沉积汇,其中有机碳的埋藏通量及其控制机制的研究对于理解全球碳循环具有重要科学意义。本研究基于南海东北部台西南盆地TWS-1岩芯的AMS14C测年、总有机碳、总氮含量和稳定碳同位素组成的分析,探讨了末次盛冰期23ka BP以来南海东北部陆源有机碳的来源、历史和影响机制。与潜在物源端元对比表明,台湾是研究站位沉积物陆源有机碳的主要物源,相对海源其贡献比例约为58%,陆源物质可能主要通过海底峡谷水道和低海平面时期陆架河流输入。重建的陆源有机碳通量在末次冰消期早期(19—13kaBP)和中全新世(7—4ka BP)期间有两个峰值,分别约0.16g/(cm2·ka)和0.09g/(cm2·ka)。综合分析表明,二者分别受控于冰期低海平面时期增强的陆架风化剥蚀和全新世季风强盛期降水驱动的古台湾岛剥蚀。我们的工作表明冰期-间冰期循环中海平面和季风分别驱动的大陆边缘有机碳埋藏可能对全球碳循环和大气CO2浓度演变有重要影响。     

东海嵊山岛末次冰期黄土有机碳同位素特征及其古环境意义

黄土沉积中有机碳同位素组成与古气候关系密切,对研究区域环境演变具有重要意义。本文聚焦我国东海嵊山岛末次冰期黄土地层,在磁化率和元素地球化学指标特征分析基础上,开展有机碳同位素组成特征研究。研究结果表明：嵊山岛黄土沉积剖面有机碳同位素组成波动范围-21.63‰～-27.56‰,平均值为-24.88‰,剖面有机碳同位素组成波动偏正;利用端元法对嵊山岛黄土沉积环境中C₃/C₄植被相对丰度进行估算,揭示沉积地层记录的植被类型是以C₃型植被为主导,C₄型植被对沉积地层中有机碳同位素的贡献有限;与南京洞穴石笋、苏禄海海洋沉积以及南极Vostok冰芯氧同位素记录对比,显示末次冰期间冰阶时期嵊山岛黄土沉积中有机碳同位素波动是以C₃型植被为主导的植被碳同位素对降水条件改变的响应,降水可能是这一时期黄土沉积中有机碳同位素变化的主要影响因素;在末次冰消期阶段,温度有利于C₄植被的发育,导致区域C₄型植被丰度有所上升,并对沉积地层中有机碳同位素变动的贡献增加...     

胶州湾水体和表层沉积物营养环境现状及影响因素

为了解胶州湾水体和表层沉积物营养环境状况及其主要影响因素,于2019年8月在胶州湾30个站位点采集了海水和表层沉积物样品,并于2021年5月在胶州湾沿岸采集了18个站位点的水样,对水体溶解无机态营养盐浓度和组成以及表层沉积物中总有机碳、总氮、总磷及生物硅含量和碳、氮稳定同位素(δ¹³C、δ¹⁵N)进行了分析。结果表明,胶州湾内水体和沿岸水体中溶解无机氮、溶解无机磷和溶解硅酸盐浓度空间分布相近,高值均位于湾东北部,主要受到河流输入和沿岸污水排放的影响,低值主要出现在湾中部和湾口处。结合近30年来的历史数据分析发现,胶州湾夏季营养盐浓度在1990-2008年期间呈持续上升的趋势,政府实施的污染物总量控制措施以及河流径流量下降使得2006年以来营养盐浓度呈现下降的趋势,该变化在空间上主要体现为大沽河氮、磷输入量的减少及其对应的湾西部营养盐高值的消失。胶州湾氮、磷营养盐输入的不平衡使得“磷限制”在2000年后逐渐加剧。胶州湾表层沉积物中总有机碳、总氮、总磷含量高值均集中于东北部和东部沿岸,结合生物硅和水体营养盐含量分析显示,这主要是河流与排污输入及其...     

作为(Ge/Si)海水古记录的(Ge/Si)蛋白石的试验

冰期至间冰期的气候漂移驱动了大陆风化作用的变化,这种变化改变了铁、硅和营养物质的风成的及河流的向海输入量,同时造成较高的冰期大洋生物生产力、较低的底层水含氧量、增长的有机碳埋藏速率和沉积物的氧化还原反应速率以及较低的大气二氧化碳。然而,以下因素限制了...     

酸化过程对海洋沉积物中有机碳同位素分析的影响

海洋沉积物中有机碳同位素(δ13C)可以示踪海洋生态系统中有机质来源,对环境研究具有重要意义。分析沉积物中有机物的δ13C,需要对样品进行酸化,以去除无机碳的影响。由于不同来源的沉积物中无机碳的含量和组份存在差异,需要针对样品性质,优化酸化处理过程。本研究分别选取了无机碳含量不同的温带与热带河口、海湾沉积物样品,比较了3种不同酸化过程对有机物δ13C分析的影响。研究结果表明:方法1(酸洗法)中6%H_2SO_3和1mol/L H_3PO_4对无机碳含量较高的热带河口、海湾样品去除效率较低,而2mol/L HCl去除无机碳酸盐的效果较理想。方法2(酸蒸法)并不适用于无机碳含量较高的热带河口、海湾样品;而对于无机碳含量相对较低的温带河口、海湾样品,9h酸蒸较为适宜。方法3(非原位酸洗)的结果较方法1和方法2偏正,表明其对含13C丰富的有机组分破坏较小,且方法3中残留的酸对δ13C的分析没有影响。因此,方法3是去除海洋沉积物中无机碳较理想的方法。     

北极楚科奇海域沉积物中总糖的分布及来源

对2003年7月至9月采自北极楚科奇海域的4个站位表层沉积物及1个站位的柱状沉积物样品的总糖、总碳、有机碳、无机碳、总氮、总磷的含量进行了测定,并对其有机碳和有机氮同位素(1δ3C和1δ5N)的变化进行了研究,结果表明:北极楚科奇海域沉积物中的总糖与有机碳为明显的正相关关系,说明糖类是有机碳重要的组成部分;表层沉积物中TOC/TN平均值为9.273,1δ3C和1δ5N的平均值分别为-21.61‰和7.1‰,显示出表层沉积物中糖类物质以海洋藻类来源为主、混入部分陆源物质的分布特征;柱状样品不同深度沉积物中TOC/TN平均值为13.45,也反映出糖类物质为海洋自生和陆源输入共存的分布特征。     

阿塔卡马海沟表层水颗粒有机碳与微生物群落呼吸作用的时空变化研究

海沟是全球大洋体系的重要组成部分.研究这一极端环境的生物地球化学循环过程有助于我们进一步理解海洋的物质循环.前期研究发现,海沟表层水体的初级生产力(NPP)对海沟沉积物埋藏的有机碳性质具有重要影响,但是,颗粒有机碳(POC)在沉降过程中被微生物呼吸和降解的过程尚不清楚.因此,本研究利用2018年春"太阳号"阿塔卡马海沟...     

南海西北部表层沉积硅藻的分布特征与环境分析

基于南海西北部表层沉积物中的硅藻分析,阐明表层沉积硅藻的分布特征,探讨硅藻与环境的对应关系及指示意义。结果表明,研究区内硅藻以热带—亚热带种和近岸种为主;硅藻丰度差异显著,近岸浅水区丰度相对较低,陆坡、河口和上升流区丰度整体较高;硅藻组合类型复杂。硅藻分布面貌受区域的温度、盐度、营养盐、水深、海流、底质类型等因素的控制较为明显。硅藻组合对海流和水团的影响范围具有指示意义。     

氮形态组成对海洋浮游植物群落结构的影响与动力学研究

海洋浮游植物群落结构的改变与营养盐结构有关,不同形态氮可能会影响优势种生长从而改变浮游植物群落结构。本文针对莱州湾硅藻向甲藻潜在的种群演替问题,通过船基围隔生态系现场氮加富培养实验,研究NO3-N、NH4-N、陆源有机氮(DONts)和藻源有机氮(DONss)对海洋浮游植物群落结构的影响。结果表明,在NO3-N、NH4-N和DONts加富培养条件下,舟形藻(Navicula spp.,优势度60.4%)、丹麦细柱藻(Leptocylindrus danicusm,56.6%)和密连角毛藻(Chaetoceros densus,57.4%)等硅藻是优势种,在DONss加富培养条件下,春膝沟藻(Gonyaulax verior,60.2%)等甲藻为优势种,说明硅藻主要吸收无机态营养盐成为优势种,而甲藻能够吸收DON成为优势藻。动力学过程分析发现,春膝沟藻(G.verior)等甲藻可以直接吸收利用DONss,而DONts可能是通过矿化转化为无机氮,再被密连角毛藻(C.densus)等硅藻吸收与利用。本文研究成果,有助于对硅藻向甲藻演替的营养盐动力学控制机制的认识。     

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。