活性铁对海洋沉积物中有机碳的保存作用

沉积物碳汇是海洋碳汇的重要组成部分,揭示沉积物的储碳机制对研究气候变化与全球碳循环的相互作用具有重要意义。矿物对有机碳的保护作用是有机碳最重要的稳定机制,其中活性铁（FeR）在沉积物有机碳的累积作用中发挥着捕获有机碳并形成“铁锈碳汇”的重要作用。本文系统梳理了近年来关于海洋沉积物中FeR的固碳的研究成果,总结了海洋沉积物中FeR的提取方式、类型、固碳量、固碳机制、结合有机质来源及分子类型,阐述了FeR固碳的重要意义,旨在加深对矿物与有机碳相互作用的理解。海洋沉积物中FeR常通过柠檬酸盐 碳酸氢盐 连二亚硫酸盐(CBD)还原提取,主要以针铁矿、水铁矿及赤铁矿等氧化物形式存在。FeR可以结合沉积物中约80%的有机碳,结合机制包括以配体交换为主的吸附机制和共沉淀/螯合机制。FeR与有机碳的结合机制可依据铁结合有机碳（FeR OC）与FeR的摩尔比值（FeR OC∶FeR）简单判定,当FeR OC∶FeR低于1.00时以吸附方式结合,大于1.00时以共沉淀方式结合,且共沉淀相比吸附机制具有更高的有机碳结合量及稳定性。大部分海洋沉积物中FeR优先与海源类有机质结合,但在氧化还原频繁的河口及三角洲地区倾向与陆源类有机质结合。分子模拟实验、木质素氧化降解及近边X射线吸收精细结构光谱表明FeR与芳香碳及羧基碳等有机质具有更高的亲和性。FeR对有机质的稳定保存及减缓气候变化引起的负反馈具有重要意义,建议未来更多关注沉积物中有机质与铁矿物结合的具体过程及不同沉积环境FeR固碳的差异机制,更加关注不同结合机制的定量化及重要性对比研究。     

海洋沉积物中铁保护的有机碳埋藏研究进展

研究表明,海洋沉积物中有超过20%的有机碳是通过与铁结合而被稳定地保存下来,阐明铁对有机碳的保护作用能深入理解碳封存机制。本文1)从与铁结合的有机碳的含量、碳同位素和二者的结合机制等方面梳理了铁在促进有机碳埋藏中所发挥的作用;2)阐述海洋环境(包括水动力和氧化还原条件)和有机碳来源等因素可能控制着铁与有机碳之间的相互耦合,并影响着与铁结合的有机碳的分布、组成和年龄特征;3)分析铁与有机碳之间吸附和共沉淀的结合机制,讨论了影响二者结合方式的因素;4)探讨铁循环与碳循环之间的密切生物地球化学联系在海洋碳封存中的作用。综合梳理了沉积物中“生锈的碳汇”(rusty sink)的研究进展,对当前应对碳中和-全球气候变化具有重要意义。     

酸洗法测定海洋沉积物有机碳和无机碳含量的致命缺陷

Organic and inorganic carbon contents of marine sediments are important to reconstruct marine productivity,global carbon cycle, and climate change. A proper method to separate and determine organic and inorganic carbons is thus of great necessity. Although the best method is still disputable, the acid leaching method is widely used in many laboratories because of its ease-of-use and high accuracy. The results of the elemental analysis of sediment trap samples reveal that organic and inorganic carbon contents cannot be obtained using the acid leaching method, causing an infinitely amplified error when the carbon content of the decarbonated sample is 12%±1% according to a mathematical derivation. Acid fumigation and gasometric methods are used for comparison, which indicates that other methods can avoid this problem in organic carbon analysis. For the first time, this study uncovers the pitfalls of the acid leaching method, which limits the implication in practical laboratory measurement, and recommends alternative solutions of organic/inorganic carbon determination in marine sediments.     

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。     

利用精确控温电热消解器测定海洋沉积物有机碳含量的研究

为了避免传统油浴加热法测定有机碳含量方法中存在的较多问题,首次尝试利用精确控温电热消解器用于海洋沉积物有机碳的测定,并对测定条件进行探索,结果发现:利用精确控温电热消解器消解样品测定海洋沉积物有机碳含量的方法是可行的,与传统的油浴加热方法分析结果无明显差异;最佳消解温度为180℃,最佳消解时间为5min,所需硫酸银的最佳用量为0.15g,且可在80℃条件下预处理样品。     

氧气对大陆边缘沉积物中有机碳保存的影响

海洋沉积物和上伏水的样品是在华盛顿州的三个航次和墨西哥西北海岸的两个航次中采集的。墨西哥边缘１５０～１６０ｍ水深有一个明显的缺氧带。其溶解氘的浓度太低了,用常规方法检验不出来。相反,华盛顿边缘较低的缺氧带的氧浓度在８００ｍ降至２０μｍ０ｌ。海岸带彩色...     

台湾海峡中、北部沉积物中有机碳、全氮及全磷的含量分布特征

从分析结果，有机质、氮磷的含量分布与流的方法基本一致，它们的含量大小与沉积物粒度呈相关关系，颗粒愈细含量愈大；氮以有机氮为主要存在形式，磷则以无机磷和有机磷同时并存；闽江口附近及福建近岩沉积物中有机质的还原以陆源为主，海峡中央以海相输入法为主。     

渤海南部海域柱状沉积物中氮的形态与有机碳的分解

海洋沉积物中氮形态的研究是研究其生物地球化学循环的重要前提,柱状沉积物中氮的形态分布在一定程度上反映了其早期成岩作用的进程及结果.利用分级浸取分离方法首次对渤海南部海域自然粒度下5个柱状沉积物样品进行了分析,依据是否可由试剂提取将其分为可转化态和非转化态,系统地研究了可转化态中各形态氮的分布特征及早期成岩作用.研究表明,渤海南部海域自然粒度下柱状沉积物中,OSF-N和IEF-N是可转化态氮的优势形态.各形态氮的含量随深度变化趋势不同,成岩作用亦不同.沉积物中有机氮的分解速率常数为15.51×10-3a,且对各生源要素的分解速率常数有N>P>C>Si;OC/TN比值远小于OC/ON,说明沉积物中保留了大量无机氮(IN)和非转化的有机氮,OC/ON值随深度增加而减小是由于沉积物中富集了ON;柱状沉积物中,表层比深层可转化态氮占其总量的比例高,在局部区域由于深层沉积物中氮的“再活化”导致二者几乎相同.     

南沙海洋柱状沉积物的有机地球化学研究

研究了南沙海域ＮＳ９０－１０３柱样有机碳含量，各类生物标志化合物的组成和分布及其地球化学意义。结果表明，该柱样中有机碳含量高于南沙海域其他沉积环境，这表明南沙海域中大陆坡最适合于有机质的聚集。各类生物标志化合物组成和分布指示了沉积有机质主要起源于海洋浮游生牧细菌，其次为陆源高等植物，气溶胶输入可能是后者来源的途径之一；沉积环境具有强原还性；有机质处于未成熟阶段，并存在较好的成岩变化。     

加拿大波弗特陆架的沉积物和有机碳估算

加拿大波弗特陆架的沉积物和有机碳估算Ｒ．Ｎ．Ｍａｃｄｏｎａｌｄ等大陆架和大陆边缘是大洋中保存沉积物和有机碳再循环与保存的最重要的场所,海洋沉积物中碳的“燃烧”明显影响着其它元素的全球循环。大陆架作为陆地和开放海的过渡带,不仅对生物繁殖力极为重要,而且...     

南黄海沉积物中活性铁氧化物对有机碳的保存作用

土壤和沉积物中活性铁对有机质的吸附对有机质具有长期稳定和保存作用,从而在地质时间尺度上缓冲大气CO₂浓度。本文利用连二亚硫酸钠还原性溶解提取活性铁氧化物（FeR）及与之结合的有机碳（Fe-OC）,定量研究了南黄海沉积物中FeR与OC之间的结合方式以及FeR对OC的保存作用,讨论了深度增加对二者相互作用的影响。结果表明,南黄海沉积物中Fe-OC占沉积物总有机碳的份数（f_Fe-OC）为（13.2±7.47）%,即活性铁对OC的年吸附量为0.72 Mt,占全球边缘海沉积物TOC年埋藏通量的0.44%。Fe-OC的平均OC:Fe为4.50±2.61,表明共沉淀作用对有机质的保存起重要作用,且其比值随海源有机质含量增加而增加。Fe-OC稳定碳同位素（δ13C_Fe-OC）结果表明,FeR优先保存活性有机质,但这种选择性随OC:Fe增大而减弱。随深度增加,f_Fe-OC和δ13C_Fe-OC均未表现出显著变化,这与该海域沉积物中有机质活性较低、铁还原作用较弱有关。     

胶州湾沉积物中有机碳、三氧化硫和矿物学的初步研究

The present paper deals with the mineralogy and some chemical composition such as Organic Carbon、Carbonate and Sulphate of surficial sediments in Jiaozhou Bay using the data obtained from X-Ray diffraction,chemical analysis and microscopic observation. Quartz、plagioclase、patassium feldspars and clay minerals are the main terrigenous minerals, and calcite is the predominant authigenic mineral in the sediments. Relatively high content of organic carbon and So3 are drainged from industrial waste water from some river running into the Bay. Some X-Ray diffraction data and ratio of integrated intensity of mineral special peaks indicate the distribution tendency of these minerals.     

乳山湾外低氧海域沉积物中有机碳、氮、磷及其形态特征分析

根据2009年8月在乳山湾及其毗邻海域的综合调查,分析了该海域表层沉积物中有机碳、氮、磷含量及其组成形态的变化,初步探讨了影响底质理化参数变化的原因及对乳山湾外近岸底层低氧形成的影响.结果表明,乳山湾外近海为粉砂质岸滩,以细颗粒为主;底质中有机碳含量介于0.49％ ～0.93％,平均值为0.69％;总氮含量介于382～1020 mg/kg,平均值为671 mg/kg;可溶性总氮含量介于23.0 ～ 60.0 mg/kg,平均值为44.0mg/kg,其中可溶性有机氮和氨氮分别占可溶性总氮的58.8％和38.8％;总磷含量介于138～769 mg/kg,平均值为356 mg/kg,有机磷是占有绝对优势的磷形态(62.5％).研究区域沉积物中总氮和湾内相当,有机碳、总磷含量普遍低于乳山湾内,但均明显高于南黄海区域,且呈还原性状态.调查区域内沉积物中相对较高的有机碳、氮、磷可能是在潮流作用下乳山湾与外海的物质交换所致,其耗氧过程是导致底层溶解氧亏损的重要原因,值得进一步关注.     

辽东湾柱状沉积物中无机碳的形态

根据沉积物中无机碳的结合强度,运用连续浸取的方法将沉积物中的无机碳分成5种不同的形态:NaCl相、氨水相、NaOH相、盐酸羟胺相、HCl相。并以渤海辽东湾柱状沉积物为例,探讨了各形态无机碳的含量特征及其控制因素。研究表明,辽东湾不同层次沉积物中各形态无机碳的含量特征比较明显:氨水相>盐酸羟胺相≈盐酸相>NaOH相>NaCl相。氨水相、盐酸羟胺相和盐酸相无机碳占沉积物中总无机碳的绝大部分,大于80%;NaCl相和NaOH相无机碳只占总无机碳的一小部分。沉积物中各形态无机碳含量的变化受沉积环境如pH、Eh、Es、含水率、Fe3 /Fe2 、有机碳含量等因素的影响。其中NaCl相无机碳受pH、Eh影响较大;氨水相无机碳主要由含水率、Fe3 /Fe2 、pH、Eh控制;NaOH相无机碳主要由含水率、Eh和pH控制;盐酸羟胺相无机碳主要受含水率、Eh、有机碳的影响;HCl相无机碳的控制因素和盐酸羟胺相的相似,但它受pH和Eh的影响更显著。虽然有机碳和各个形态的无机碳都呈负相关关系,但它对每一形态的影响都不相同,其作用受其它环境因素的制约。环境的氧化能力越强,pH值越小,越不利于盐酸羟胺相和盐酸相无机碳的保存,而有利于NaCl相、氨水相和NaOH相无机碳的形成;环境的还原能力越强,pH值越大,越有利于盐酸羟胺相和盐酸相无机碳的保存,而不利于NaCl相、氨水相和NaOH相无机碳的形成。辽东湾沉积物的弱氧化-还原环境有利于盐酸羟胺相和盐酸相无机碳的保存。     

海水和海洋沉积物中有机磷酸酯的研究进展

有机磷酸酯(OPEs)已广泛应用于阻燃剂和增塑剂,但由于其具有较高毒性、难降解和远距离迁移等特点,从而引发的一系列海洋环境问题也逐渐受到关注。本文基于国内外海水和沉积物中OPEs的最新研究数据,分析了海水和海洋沉积物中OPEs的分析检测技术、迁移转化、分布特征和影响因素等,并针对当前研究的不足进行了讨论和展望。通过本文总结发现,海水中OPEs主要来自河流输入和大气沉降的输送,且浓度分布特征表现为表层高于底层,三种氯代有机磷酸酯[磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三氯丙酯(TCPP)和磷酸三(1, 3-二氯-2-丙基)酯(TDCPP)]是海水中OPEs的主要组分;海洋沉积物中OPEs的含量分布表现出港湾、近岸海域和沿岸城市经济发达区域较高的趋势,其主要组分存在差异,受辛醇-水分配系数(lg Kow)和总有机碳(TOC)两个因素的影响较大。     

海洋浅表层沉积物和孔隙水的天然气水合物地球化学异常识别标志

天然气水合物是一种赋存在低温,高压条件下海底沉积物中的规模巨大的新型能源,研究表明,地球化学是识别海底天然气水合物赋存的一种有效方法。国际上通过分析由大洋钻探采上来的柱状沉积物和孔隙水的地球化学异常,已建立了一套较为成熟的地球化学识别方法。但是,在没有钻井岩心的情况下,如何通过浅表层（＜20m）沉积物和孔隙水及底层海水的地球化学分析来识别海底可能存在的天然气水合物,是国际国内天然气水合物勘查中面临的一道难题,通过对国际上已有数据和资料的全面总结,尝试提出了一系列在海底浅层条件下识别天然气水合物赋存的地球异常标志,包括底层海水的烃类气体及其同位素组成异常,沉积物有机碳和水的含量异常,沉积物中孔隙水的元素和同位素组成异常,沉积物中气体含量异常及沉积物中自生碳酸盐矿物的化学和同位素组成异常等。这些标志的建立将有助于在我国海域开展天然气水合物的勘查工作。     

青海湖沉积物有机碳及其同位素的气候环境信息

通过对青海湖沉积物有机碳及其同位素的分析，结合碳酸盐含量的变化特征，探讨了青海湖沉积物有机碳及其同位素组成的环境意义，并且据此分析了青海湖地区近700a来的气候环境演变。青海湖沉积物的有机碳含量及其同位素较好地记录了温度的变化，在有机碳含量高，有机碳同位素低时，气温较高，反之则相反，小冰期的3次冷期以及20世纪以来的升温在该岩心中得以清晰地反映。     

毗邻大陆海洋中的有机碳迁移

时控沉积物捕集器已在阿拉伯海和孟加拉湾部署实施，在阿拉伯海西，中，东部一年半及在孟加拉湾北部一年的研究表明：颗粒通量模式与强劲的季风和大雨关系密切。阿拉伯海的颗粒通量最大值主要与盛行西南和东北季风时富含营养物的表层水因风引起与深部水的混合使用关系密切。     

崇明东滩沉积物有机碳的分布及影响因素

对崇明东滩3个柱状沉积物中的有机碳含量、分布变化特征以及影响因素进行了研究。研究结果表明崇明东滩沉积物中有机碳的含量较大,在0．3％～1．07％之间。在垂向分布上,表层／亚表层含量高且变化复杂,主要与该层沉积物颗粒较细并大量接受当地有机质输入有关;中层有机碳含量逐渐变小,下层有机碳含量较小且变化不大,但有几个峰值出现。3个柱样由于所处的位置不同,有机碳含量的分布变化特点也不相同,说明其受物源输入、沉积环境、生物化学作用、矿化程度及物理扰动的共同影响。