北极楚科奇海海底表层沉积物有机碳的生物地球化学特征

1999年7月和2003年7月在北极科学考察中获取的楚科奇海海底表层沉积物有机碳质量分数的分析结果表明,楚科奇海海底表层沉积物有机碳平均质量分数约为1.41%,远高于我国东海和世界部分大陆架沉积物;有机碳/氮比值为8.69,反映了有机物以海洋自生为主的混合性来源;有机碳与有机氮之间显著相关(R=0.93);有机碳质量分数与粒度明显相关(R=0.71),细粒粘土质沉积物中的有机碳质量分数高于砂质沉积物的;在水深200m以内,有机碳质量分数随水深加大有一定的增加;有机碳质量分数与生源硅质量分数明显相关;有机碳质量分数随纬度变化较小。结合2次北极考察的实测结果,对楚科奇海海底表层沉积物中的有机碳来源进行了初步讨论,认为沉积有机碳埋葬可能主要取决于生物泵。     

楚科奇海表层沉积物的生源组分及其对碳埋藏的指示意义

工业革命以来大气中CO₂浓度由280 ppm剧增至375 ppm,是导致全球气候变暖的主要原因[1]。海洋作为大气CO₂的“汇”之一,每年可吸收人类释放CO₂气体总量的30%,对全球碳循环的收支平衡有重要作用[2]。两极地区是CO₂的主要汇区,也是全球变化的重要反馈窗口。因此,了解碳在北冰洋的生物地球化学循环过程是十分必要的[3-4]。海洋中的生源沉积物主要来自于海洋上层浮游生物碎屑的沉降,主要由蛋白石(以生物硅代替,BSi)、碳酸钙(CaCO₃)和有机质(通常用有机碳替代,TOC)组成[5]。     

北海陆架的近代沉积和有机碳的埋藏

大气中的二氧化碳是造成温室效应的主要因素之一。矿石燃料的使用使越来越多的二氧化碳进入大气中。研究全球二氧化碳的循环对于更好地理解增高的二氧化碳程度对未来气候和海平面波动可能产生的影响是非常重要的。由于海洋中的二氧化碳浓度被认为与大气中的二氧化碳浓度相...     

楚科奇海与白令海海洋地质研究进展

1999年7月－1999年9月我国进行了首次北极科学考察，实现了北极地区海洋地质研究零的突破，这次考虑取得了大量的沉积物样品，同时还获得了第一手现场资料。简要介绍了沉积物特性，分布特征，分析了沉积物的物质来源，沉积环境，同时介绍了部分室内研究成果。     

北冰洋楚科奇海陆架到陆坡表层沉积物有机碳载荷的变化

沉积物单位表面积上吸附的有机碳被广泛用于示踪有机碳载荷的变化。本文研究了北冰洋典型边缘海——楚科奇海表层沉积物的有机碳载荷。研究发现陆架区沉积物的有机碳载荷高于陆坡区。相比于已报道的东西伯利亚海和马更些河,楚科奇海陆坡区沉积物的有机碳载荷也较低。这种有机碳载荷的变化可能和陆坡区的初级生产力较低,以及沉积物在传输过程中经历的氧化降解有关。沉积物的有机碳含量和比表面积呈线性相关,在有机碳轴上有正截距,表明一部分有机碳来自于岩石的贡献。此外,陆架区低有机碳载荷的沉积物含有的岩石有机碳更高。本研究的数据有助于深刻理解楚科奇海区域的碳循环问题。     

楚科奇海陆架重金属沉积研究

采用Pb-Po法测定了楚科奇海陆架沉积物中210Pb的垂直剖面.应用双层模型研究210Pb分布,得到沉积速率(S)为0.145cm/a,沉积物堆积通量(FM)为78mg/(cm2·a),过剩210Pbex的沉积通量为6×10-3Bq/(cm2·a)[即0.36dpm/(cm2·a)].用中子活化分析方法和火焰原子吸收法分析测定了沉积物岩芯12个层段的重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Co、Fe、Mn和V的含量,发现各层段之间重金属含量没有显著的区别.将本次分析结果和北冰洋其他一些陆架区的研究结果及页岩标准值相比较,发现楚科奇海沉积物中大部分重金属含量都相对较低.基于此可以推断,楚科奇海沉积物中重金属是源于地球化学过程的作用,没有表现出受到明显的人为重金属污染影响.     

楚科奇海、白令海表层沉积物210 Pb和137 Cs分布

通过分析第十次北极考察楚科奇海、白令海考察区表层沉积物样品中放射性核素210 Pb和137 Cs,获得表层沉积物(0～8 cm)中210 Pb和137 Cs在不同断面和不同层的比活度范围和分布.楚科奇海陆架区R断面表层沉积物(0～2 cm层)210Pb比活度范围为44.80～117.45 Bq·kg-1;137Cs检出...     

应用木质素示踪楚科奇海表层沉积物中有机碳的来源和降解程度

埋藏在海洋沉积物中的有机碳是大气二氧化碳的净汇,而埋藏过程主要发生在陆架区。北冰洋拥有全球最大的陆架,接收大量来自河流和沿岸侵蚀输运的陆源有机碳,楚科奇海作为北冰洋的边缘海,是有机碳埋藏的重要海区之一。本研究选用楚科奇海和海台的表层沉积物（陆架区33~82.69 m,陆坡区164.63~3 763 m）,通过木质素,结合粒度、比表面积、有机碳百分含量（OC%）、有机碳稳定同位素（δ13C）等指标来示踪楚科奇海沉积物有机碳的来源和降解程度。结果表明,有机碳载荷从陆架到陆坡有明显的降低趋势;δ13C的范围指示有机碳可能来自苔藓、草本裸子植被、浮游植物和冰藻等;木质素丁香基酚（S）与香草基酚（V）的比值（S/V）和肉桂基酚（C）与香草基酚（V）的比值（C/V）表明裸子植物的草本组织贡献了更多的陆源有机碳;此外,较高含量的C9DA二酸（干酪根氧化产物）表明干酪根也可能是楚科奇海表层沉积物中有机质来源的重要组成。指示降解的参数[（Ad/Al） s、（Ad/Al） v、（Ad/Al） p、3,5-Bd/V]在陆架和陆坡沉积物中的差异表明陆坡沉积物中有机质的降解过程受到水动力分选以及原位降解等因素的影响更为明显。     

2008年夏季楚科奇海余流分布特征

根据2008-08-05-09-07在楚科奇海布放的一套浅水潜标系统(71°40′1.4″N,167°58′54.6″W)获得的海流剖面资料及温盐资料,采用Lanczos余弦滤波的方法,研究了楚科奇海中央水道余流剖面及温盐时间序列的结构和变化特征,对表层余流与风场的关系及影响温盐结构的因素进行了分析。结果表明,余流的方向和大小在垂直方向上存在明显的差异:表层余流全流呈现西向流态,平均流速为19.6cm/s,方向为257.4°,受表层风场影响显著;中、下层的余流全流平均流速为6.6cm/s,流向为29.6°,呈现东北偏北方向。在整个观测期间,温度时间序列表现出剧烈的震荡,振幅达到3.7℃以上,而盐度序列变化缓慢,波动区间相对较小,为32.0～32.8,并表现出逐渐降低的趋势;温盐序列的变化受底层余流分布的影响较弱。     

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。     

Low 210Pb in the upper thermocline in the Canadian Basin: scavenge process over the Chukchi Sea

210Pb was measured during the 3rd Chinese National Arctic Research Expedition cruise to investigate its spatial pattern in the western Arctic Ocean, as well as its relation with the thermocline in the Canadian Basin. The specific activities varied from 0.04 to 2.72, 0.013 to 4.37, and 0.1 to 4.85 Bq/m3 for dissolved, particulate, and bulk 210Pb, respectively, corresponding to respective averages of 0.65, 0.43, and 1.08 Bq/m3. In the Canadian Basin, the minimum 210Pb activities occurred in the thermocline, which was characterized by low temperature of-1.52°C and salinity of 33.1. Combining the spatial distribution of 210Pb and hydrographical characteristics in the western Arctic Ocean, this scenario was ascribed to the effective scavenging of 210Pb when the Pacific water flowed across the Chukchi Shelf. Quantitatively, this interpretation was supported by both the shorter residence times and higher scavenging efficiencies(SE) of dissolved 210Pb over the Chukchi Shelf. The highest SE values were observed in the Herald Shoal and bottom waters over the slope.     

Strong hydrographic controls on spatial and seasonal variability of dissolved organic carbon in the Chukchi Sea

A detailed analysis of dissolved organic carbon (DOC) distribution in the Western Arctic Ocean was performed during the spring and summer of 2002 and the summer of 2003. DOC concentrations were compared between the three cruises and with previously reported Arctic work. Concentrations of DOC were highest in the surface water where they also showed the highest degree of variability spatially, seasonally, and annually. Over the Canada Basin, DOC concentrations in the main water masses were: (1) surface layer (71±4 μM, ranging from 50 to 90 μM); (2) Bering Sea winter water (66±2 μM, ranging from 58 to 75 μM); (3) halocline layer (63±3 μM, ranging from 59 to 68 μM), (4) Atlantic layer (53±2 μM, ranging from 48 to 57 μM), and (5) deep Arctic layer (47±1 μM, ranging from 45 to 50 μM). In the upper 200 m, DOC concentrations were correlated with salinity, with higher DOC concentrations present in less-saline waters. This correlation indicates the strong influence that fluvial input from the Mackenzie and Yukon Rivers had on the DOC system in the upper layer of the Chukchi Sea and Bering Strait. Over the deep basin, there appeared to be a relationship between DOC in the upper 10 m and the degree of sea-ice melt water present. We found that sea-ice melt water dilutes the DOC signal in the surface waters, which is contrary to studies conducted in the central Arctic Ocean.     

山东半岛近岸海区现代沉积速率分析

对山东半岛南北两侧的6个沉积物柱状样岩心进行了^210Pb测定,绘制出了^210Pb活度垂向分布图。YZ5中^210Pb垂向分布具有混合层、衰变层、平衡层三段式特点;YZ26、YZ33在0～6cm段^210Pb呈现倒置式,6cm以下具有显著的衰变层和平衡层;YZ14、YZ38中^210Pb表现为只具有衰变层和平衡层的二段式;YZ21中^210Pb表现为一段式,从表层到底层的扎。Pb活度衰变数值均一。YZ5、YZ14、YZ38、YZ33四站的沉积速率分别为0．418cm／a、0．757cm／a、0．326cm／a、0．338cm／a,属于中高速沉积区;YZ26的沉积速率为0．159cm／a,属于低速沉积区;YZ21的沉积速率很低。结合有关资料,对影响沉积速率的主要因素进行了简要探讨分析。     

Controls on organic carbon distribution in sediments from the eastern Arabian Sea Margin

 Sediment cores from the upper continental slope of the eastern Arabian Sea have high organic carbon (OC), CaCO₃, and sand content at the top. The values decrease with increasing depth in the Holocene and Upper Pleistocene. Topographic highs show highest OC and lower CaCO₃ in the Holocene clayey sediments and vice versa in the Pleistocene sandy sediments. The OC is immature and marine or a mixture of both marine and terrestrial in the Holocene sediments and is mostly terrestrial and/or reworked marine in the Pleistocene sediments. Productivity is the main controlling factor for the organic carbon enrichment. Texture and reworking also influence the organic carbon variations. Received: 29 May 1996/Revision received: 10 January 1997     

百余年来珠江口及邻近西部海域有机碳来源及其埋藏记录

对珠江口外和粤西沿海的两个具百余年沉积历史的柱状样进行了基于支链与类戊二烯甘油四醚(glycerol dialkyl glycerol tetraether,GDGT)化合物比值的BIT(branched and isoprenoid tetraether)指标分析,该指标指示的是沉积有机质中陆源土壤来源有机质的相对输入贡献。结果发现,BIT值在两个柱状样中都小于0.26,显示水生有机质是沉积有机质的主要来源。BIT时间序列在两个柱状样中表现出一致的变化趋势:大约在1940年代以前,BIT保持在相对稳定的高值,此后表现出逐渐下降趋势,1990年以来下降趋势显著。这一下降趋势表明,半个多世纪以来沉积有机质中陆源有机质的相对贡献是持续减少的,或者水生有机质的相对贡献是持续增加的。在分析了陆源和水生有机碳沉积通量变化序列的基础上,认为水生生产力对沉积有机质的相对贡献持续增大是BIT指数持续降低的主要原因。水生有机碳输出通量半个多世纪来的上升趋势及其与广东省GDP变化趋势的相似性表明,陆地人类活动的不断增强导致了沿海水域营养化水平的不断升高。     

Sources and degradation of organic matter in the surface sediments of the Chukchi Sea: insights from amino acids

In the context of global warming and rapid environment change in the Arctic, the supply of organic matter(OM)has increased significantly and a large amount of OM are buried on the Arctic shelf. Studying the fate of OM in Arctic shelf sediments is crucial to understanding the global carbon sink. As a marginal sea of the Arctic Ocean,the Chukchi Sea is one of the most critical areas where OM is buried. Based on the surface sediment samples collected during the sixth Chinese National Arctic Researc...     

海州湾南部近岸现代沉积速率及其沉积通量

对海州湾南部近岸3个柱状岩芯进行了210Pb的测定,绘制了岩芯中210Pb的垂直分布图。结果表明,柱-1岩芯表现为2个明显的沉积阶段,1-12 cm平均沉积速率为0.51 cm/a,12-57 cm的为0.18 cm/a,沉积通量分别为0.69和0.24 g/（cm^2·a）;柱-2岩芯平均沉积速率为0.64 cm/a,沉积通量为0.68 g/（cm^2·a）;柱-3岩芯平均沉积速率为0.67 cm/a,沉积通量为0.76 g/（cm^2·a）。沉积速率从北往南逐渐增大。造成这种空间分布规律的主要因素是沉积环境和物质来源,其次可能同海域位置、沉积物组分特征和海底地形有关。