南海北部滨珊瑚硼同位素气候环境指示意义再研究

珊瑚碳酸盐硼同位素（δ¹¹B）是古海洋中非常重要、具有特殊环境指示意义的地球化学指标。利用δ¹¹B重建古海水pH值,极大地推动了对海洋酸化历史以及海洋生物适应酸化潜力的认识。然而最近的研究表明,自然环境下生长的珊瑚具有非常强的调控钙化流体pH的能力,甚至有可能超过外部海水pH的影响,为δ¹¹B-pH指标研究带来了极大的挑战。因此,需要对珊瑚钙化流体δ¹¹B-pH气候环境指示意义重新进行分析、挖掘和再解释。本文利用前人测量的南海北部滨珊瑚（Porites）长时间尺度的钙化流体δ¹¹B-pH记录,根据大气二氧化碳、海水温度、海水溶解无机碳含量和总碱度记录对δ¹¹B-pH进行了重构。结果显示冬季风能够影响珊瑚礁海水pH值和珊瑚内部钙化环境,是控制南海北部珊瑚钙化流体pH值变化的主导因素。对于珊瑚礁周围的海水,冬季风通过影响珊瑚礁生态系统的钙化作用、光合作用以及水体交换来控制海水pH值;对珊瑚内部钙化流体,冬季风通过影响温度,从而影响珊瑚呼吸作用来调控钙化流体溶解无机碳含量,最终影响流体pH值。虽然目前利用珊瑚δ¹¹B-pH精确地定量重建外部海水pH存在着挑战和不确定性,但是在南海北部这个冬季风敏感海区,珊瑚δ¹¹B-pH可以作为冬季风强度变化的潜在新指标。

     

工业革命以来南海珊瑚钙化生长对海洋升温的响应

珊瑚礁不仅滋养着近1/3的海洋生物, 同时也贡献了近一半的浅海碳酸盐沉积, 在海洋碳循环中扮演重要角色。然而, 在"CO2问题"的影响下, 珊瑚钙化受到来自海洋升温和酸化的双重胁迫, 致使珊瑚礁生态系统遭受到严重的扰动。我国南海由北至南分布有大量的珊瑚礁, 在近几十年来活珊瑚覆盖率和生物多样性都呈现退化的趋势, 但尚不清楚珊瑚钙化是否也同样受到气候变化的干扰而处于退化状态。本研究汇集了目前已报道的南海滨珊瑚钙化生长的重建记录, 分别对海南岛、西沙和南沙典型珊瑚礁区的滨珊瑚钙化生长演变特征进行了对比分析, 探讨了工业革命以来南海珊瑚钙化对海水温度变化的响应情况。研究结果表明, 南海近岸和离岸的滨珊瑚骨骼密度均呈现长期下降的趋势; 而骨骼生长速率呈现多年代际的波动变化, 近50年以来仅在西沙显示出下降趋势, 这使得珊瑚综合的钙化速率在西沙和南沙均出现明显退化。进一步分析表明, 海水温度对南海滨珊瑚钙化生长有显著影响, 并且不同海域的背景温度决定着珊瑚骨骼生长对海表温度变化的响应情况。具体来说, 西沙和南沙的滨珊瑚骨骼密度受温度影响显著, 随着海温升高而逐渐降低, 而骨骼生长速率和钙化速率对温度变化并无明显响应。与前两者不同, 海南东部滨珊瑚的骨骼密度与温度变化关系并不显著, 而其骨骼生长速率和钙化速率受升温影响而有升高的趋势。这些差异可能反映了海南岛较低的冬季温度限制了珊瑚骨骼的钙化生长, 因此升温对珊瑚生长有促进作用; 而西沙和南沙海域的冬季温度均保持在适宜珊瑚生长的温度范围, 且夏季温度较高, 因此温度的升高可能限制了珊瑚钙化生长。     

南海南部最近几十年珊瑚钙化趋势与大气CO2浓度升高和全球变暖的联系

本研究11个现代滨珊瑚年龄在16~49年之间,包括两个种属Porites lutea和P.lobata,于2008年7~9月采自南海南部南沙群岛海域水深3~4m处。用数字图像技术和实测方法沿珊瑚骨骼主生长轴测量生长率、密度和钙化率。结果表明,自1993~2008年,11个珊瑚平均生长率为 0.96±0.05cm/a,16年增加了10.77%,变化率0.67% /a; 密度为 1.17±0.03g/cm3,16年减小了6.92%,变化率为-0.43% /a; 钙化率为 1.13±0.05g/cm2 ·a,16年增加了2.69%,变化率为0.17% /a。标准差分析显示,密度是3个生长参数中最不易变化的参数,因此,钙化率变化主要取决于生长率。珊瑚3个生长参数的趋势变化为: 多数珊瑚生长率和钙化率都增加而其密度减小,少数珊瑚3个生长参数都增加或都减小。线性相关分析显示,多数珊瑚生长率和钙化率与大气CO2浓度和温度正相关而其密度与之负相关,然而,少数珊瑚与之反相关或相关关系不明显。这些相关关系进一步揭示,过去50年,人类活动产生的温室气体增加引起南海表层温度升高使珊瑚呼吸作用增强,从而导致其生长率和钙化率增加而密度减小。而且,少数珊瑚对大气CO2浓度升高和全球增温显示的差异响应可能与珊瑚样品个体生长的差异和局地环境的影响有关。     

活体珊瑚微量元素对硼同位素组成影响及硼掺入珊瑚的形式

为确定元素 B 掺入进珊瑚的形式、B(OH)与 B(OH)3间的分馏系数及珊瑚中微量元素对硼同位素?4组成的影响,对北海涠洲岛、海南三亚和雷州半岛灯楼角三地活体珊瑚的 Mg、Sr、Na、Ca、B 浓度及硼同位素组成(δ11Bcoral)进行了测定.结果表明,涠洲岛、三亚和灯楼角三地珊瑚的 Mg、Sr、Na 和 Ca 浓度平均值分别为40.1 mmol/L、86.1 mmol/L、449 mmol/L 和12.1 mol/L.珊瑚中 B 浓度的变化范围为4.4~8.4 mmol/L,平均值为5.9 mmol/L.Ca、Sr 在珊瑚中明显富集,而 Mg 在珊瑚中贫化.珊瑚 B 浓度的变化主要反映了珊瑚生长时海水 pH 值的变化.δ11Bcoral 的变化范围为22.8‰~27.9‰,平均为25.2‰.除与 B 浓度呈弱正相关关系外,δ11Bcoral 与其他四种元素不相关.应用珊瑚硼同位素组成恢复古海水 pH 值时选择同属种珊瑚和判别是否有 Mg(OH)2的存在是必要的.涠洲岛、灯楼角和三亚三地珊瑚与海水间的硼同位素分馏系数αcoral-sw 分别为0.9839、0.9847和0.9850.计算得到的珊瑚与海水 B(OH)3间的分馏系数αcoral-3的变化范围为0.9772~0.9800,平均值为0.9788.该新的α4-3值是准确的,可以用来反演古海水 pH 值.αcoral-sw 和αcoral-3随pH 值的升高分别呈现出增大和减小的变化趋势.珊瑚的平均δ11Bcoral 位于理论计算的δ11B4和δ11B3曲线之间,而且都低于原始合成海水的δ11B.这些都表明 B 以 B(OH)3和B(OH)两种形式以变化的比例同时掺入进?4珊瑚,并以B(OH)优先掺入为主.计算得到有0.1%~5.5%(平均值为2.2%)的 B(OH)3掺入进珊瑚中.由于?4 B(OH)3同时掺入进生物碳酸盐,δ11Bcarb=δ11B4的假设不能成立,由所测生物碳酸盐δ11Bcarb 值计算的海水 pH值将产生误差,使δ11B-pH 技术变得更为复杂.通过无机碳酸盐沉积或有孔虫或珊瑚的养殖实验(或者野外观测实验)建立用于重建古海水 pH 值的δ11Bcarb-pH 经验方程是今后的一项重要任务.     

冷水珊瑚氧、碳同位素——古水温重建与钙化机制

冷水珊瑚是开展中—深层海水高分辨率古海洋学研究的理想载体。不同于浅水珊瑚,冷水珊瑚受到生命效应的强烈影响,其δ~(18)O亏损4‰～6‰,δ~(13)C亏损约10‰,因此利用冷水珊瑚氧、碳同位素恢复古水温时需要校正。综述了利用冷水珊瑚氧、碳同位素重建中—深层海水古温度的原理和方法,以及现有的3种冷水珊瑚钙化模型及优缺点。提出需要进行进一步的微区分析及针对性实验来阐明冷水珊瑚的钙化过程。     

珊瑚的古环境信息研究进展

珊瑚由于有独特的生物学和生态学特性,成为研究热带海洋环境的信息载体。珊瑚骨骼“年轮”的发现和TIMS铀系法高精度测年的应用奠定了珊瑚时间序列研究的基础,珊瑚骨骼的生长率、钙化率以及其中所含的元素、同位素成为示踪环境的重要手段。系统地评述了近年来这方面研究的进展情况,包括珊瑚骨骼的生长率、钙化率的环境意义;δ18O、Sr/Ca、Mg/Ca、U/Ca温度计的应用比较;珊瑚的荧光研究;以及TIMS铀系法测年等。这些研究反映出珊瑚作为研究热带海洋环境的信息载体的重要性,以及不同的地球化学代用指标的应用前景。     

南海北部珊瑚高分辨率硼同位素组成及其对珊瑚礁海水pH变化的指示意义

造礁珊瑚是研究热带海洋高分辨率气候环境演变的重要载体。对采自海南岛南部三亚湾的活体滨珊瑚SY10进行了约为月分辨率的碳、氧、硼同位素组成分析,并利用珊瑚δ11B重建了海水pH。结果显示,所测量样品的δ13C变化范围为–3.32‰~–1.76‰,δ18O为–6.13‰~–4.78‰,δ11B为23.51‰~26.23‰,且这些珊瑚样品的碳、氧、硼同位素组成均存在明显的季节性周期波动。其中pH与δ18O之间存在明显的正相关关系,高的pH值更倾向于在低温的季节出现,这意味着短时间尺度该处珊瑚礁海水pH可能主要不是受海水CO2溶解度控制,而是与生物活动有密切的关系。利用SY10珊瑚样品硼同位素组成重建的海水pH值变化范围为7.77~8.37,并呈季节性周期波动,这种大幅度的周期波动与我们对三亚珊瑚礁海水pH进行现场观测所得到的结果以及前人的研究成果相符,说明了利用珊瑚δ11B重建海水pH记录是可靠的。     

珊瑚骨骼生长研究评述

珊瑚骨骼生长有年、月、日周期,能够当作古生物钟来记录地质历史。块状珊瑚骨骼密度条带年周期的发现对后来的珊瑚古气候研究产生了深远的影响,随后又发现世界各热带海域的珊瑚存在多种多样的骨骼密度变化模式,起先常从珊瑚的生长环境中寻找骨骼密度变化的控制因素,但是没有成功,从80年代后期,部分学者试图从珊瑚骨骼构架本身出发、综合考虑环境因素和骨骼密度条带之间的关系来探求骨骼密度变化的机理,并提出了一个可以解释大多数块状珊瑚骨骼密度条带变化模式的骨骼生长模型。块状珊瑚软体层厚度是一个十分重要但至今仍没引起足够重视的珊瑚生长参数,它相对于骨骼线性生长率的变化影响着骨骼密度变化模式。骨骼钙化作用和虫黄藻光合作用的相互关系还存有争议,珊瑚骨骼钙化机理仍在探索中。     

不同水动力下陆相碳酸钙沉积的蓝藻钙化试验的初步研究

 地表钙华,是喀斯特地区普遍存在的一种沉积体,是陆相碳酸钙沉积的重要类型。长期以来陆相碳酸钙沉积的水动力成因观点为大多数人所熟悉(1)（2）,生物成因观点则研究较少,在实际中生物作用过程也是不可忽略的,特别是藻类的沉积作用。论文以几种典型的蓝藻为例,通过对自然界水动力条件的模拟,对蓝藻藻类进行了几种水动力条件下的碳酸钙生物沉积试验研究,对比研究了在不同水动力条件下,蓝藻钙化沉积过程。试验得出了钙藻生长与钙化沉积的最适宜水动力为0~60 rpm,在过强的水动力条件下,蓝藻的生长将受到抑制,从而降低蓝藻的钙化沉积速率。文章讨论了在瀑布条件下的陆相碳酸钙沉积是以水动力成因为主导,而在水动力条件较弱的河流中以生物成因为主导,从而提出了,陆相碳酸钙沉积的水动力-生物双成因观点。文章还探讨了在静止状态下,藻类沉积对碳酸钙沉积的贡献大小,叠层石所指示的安静的沉积环境。      

豫西寒武纪叠层石微生物化石及其钙化特征

微生物的钙化机理是当今微生物碳酸盐岩研究的热点。微观条件下,在豫西寒武纪碳酸盐岩叠层石中发现了大量微生物化石,形态特征明显,为典型蓝细菌属的丝状葛万菌(Girvanella)和球状肾形菌(Renalcis)。根据豫西寒武纪叠层石明暗纹层中微生物化石的赋存状态及相关化石证据,可以判断叠层石的钙化分为微生物的物理和化学2种作用方式,其中物理钙化有2种钙化途径,而化学钙化又有化学诱导和化学控制2种钙化模式和多种钙化途径。在扫描电镜下能够清晰地看到各种钙化方式的结果和微生物主动营造作用所留下的证据,即磨圆度较低的颗粒物和深色灰泥等。结果表明叠层石的有机成因和水动力条件对其钙化方式具有重要影响。     

角质型金珊瑚与黑珊瑚的宝石学特征研究

采用常规宝石鉴定方法、偏光显微镜、X射线荧光光谱仪、光栅光谱仪及红外光谱仪对未处理和覆膜处理的角质型金珊瑚、黑珊瑚样品的宝石学特征进行了测试研究。结果表明,该珊瑚样品的实测折射率为1．4851．505,密度为1．3361．349g／cm^3;其横截面呈同心环状结构,纵切面呈粗细不均的纤维结构,证明其横纵空间生长的机理;样品的主要化学成分为纯有机质,主要化学元素为I,次要的Cl,Br,S和Ba,少量Si,Ca,Mg,Na以及微量元素Zn,Ti,Mn,Cu,V等,未出现Fe;耐酸蚀实验表明,样品在HCl和HNO3中不溶,在H2SO4中可缓慢溶解;样品的红外光谱具有3组弱-中-强特征吸收峰,表明其存在一系列氨基酸等有机成分。     

Deep-Sea Coral Forest

The discovery of deep sea coral forests in the spring of 2018 filled a significant gap in the benthos research and even in carbon cycling in the South China Sea. Previously, the researches of deep-sea benthos were restricted to the sediment-covered soft bottom due to the technical limitations, and the rocky hard bottom was believed to be barren of life. Using submersible technique in the mid-1990s, deep-water coral reefs were first discovered in the Atlantic Ocean, which opened a new research direction in marine sciences. Two groups of deep sea corals have been recognized: scleractinian hexacorals and gorgonian octocorals. The aragonite skeleton of the former group build up deep sea coral reefs, while the latter make up deep sea coral forests with high-Mg calcite skeleton in many gorgonian corals. All kinds of carbonate coral skeletons can record environment changes of the deep sea and provide excellent material for high-resolution paleoceanography. Although the development of deep sea coral reefs in the Pacific Ocean is hampered by its extremely shallow aragonite compensation depth, deep sea coral forests are ubiquitous in the ocean. Up to now, most parts of the Pacific have not yet explored in this respect, and deep sea corals remain outside the research scope. The present paper is a literature review and calls for attention to the deep sea forests. It starts with the composition and distribution of deep sea coral reefs and forests, followed by discussions on the significance of deep sea coral forests in marine ecology and in paleoceanographic reconstructions.     

The Diagenesis of Coral Reefs

Coral reefs are often constrained by diagenesis as a sound environmental archive. The correct understanding and evaluation of diagenesis is the key to the paleoenvironmental reconstruction of coral reefs. The diagenesis of coral reefs mainly includes cementation, dissolution, neomorphism and dolomitization etc. On the one hand, the diagenesis itself can record the paleoenvironment that coral reefs underwent, such as sea-level fluctuation, climate change, change of sea water, hydrothermal alteration, microbial activity and so on. The diagenetic evolution thus can be used for the reconstruction of paleoenvironment change. On the other hand, diagenesis also destroys the original environmental information which recorded of coral reefs recard, and it is necessary to know the degree of the impact of diagenesis. In the future, we should pay more attention to the study on the relationships among diagenesis, modern climate, sea-level change, atmospheric water transformation and microbial activity. It can provide more accurate and longer time series of paleoenvironmental information that coral reefs recorded.     

拼合珊瑚的鉴定特征

珠宝市场上见到的大尺寸珊瑚有增多趋势,这类珊瑚多为珊瑚小料和胶结物拼合而成,前人研究未对其鉴定特征进行系统总结.笔者结合长期宝石检测工作认识,对目前市场上常见的两类拼合珊瑚的鉴定特征进行了系统研究和阐述.其中,一类拼合珊瑚由珊瑚小料和胶结物组成,另一类拼合珊瑚由珊瑚小料、人工胎体材料和胶结物组成.放大检查和紫外荧光观察发现,拼合部位的胶结物、胎体材料与主体红珊瑚在外观及发光性特征上存在差异明显;红外光谱测试结果进一步确定胶结物的主要成分为甲基丙烯酸甲酯和环氧树脂,部分拼合珊瑚依附的胎体材料主要为醇酸树脂（掺有碳酸盐粉末）和氰基丙烯酸乙酯.结果表明,放大检查、紫外荧光观察和红外光谱测试的综合运用,能够快速、准确、有效地鉴别拼合珊瑚.     

珊瑚礁遥感研究进展

受到气候变化和人类活动的影响，全球的珊瑚礁生态系统正迅速退化，通过遥感技术监测珊瑚礁栖底物质的结构组成和变化对于管理和保护珊瑚礁生态系统具有重要意义。珊瑚礁上层水体对光强的衰减、栖底物质光谱的复杂性以及空间的异质性，构成了珊瑚礁遥感的特点，同时也是难点；从光谱可分性分析、遥感图像分类、混合光谱分解、变化检测4个方面总结分析了近几年国际上在珊瑚礁遥感领域所做的研究，并指出应从高光谱影像分析、声学遥感和光学遥感相结合、完善珊瑚礁遥感物理模型等方面推进珊瑚礁遥感的发展。     

心血管主动脉粥样硬化斑块钙化物矿物学特征研究

心血管系统中主动脉粥样硬化斑块的钙化主要发生在动脉内膜,能够预测心血管系统疾病的风险性和死亡率,对钙化物的矿物组成及形成机制的分析有望为主动脉粥样硬化的发生发展过程提供辅助信息。本文以心血管主动脉粥样硬化斑块中的钙化物为研究对象,采用偏光显微镜、扫描电子显微镜及X射线能谱仪、微区X射线衍射、透射电子显微镜以及傅里叶变换红外光谱仪等矿物学研究手段,对原位和分离的钙化物的矿物形态、成分、结构等进行了较为系统的观察测试。研究结果表明,主动脉粥样硬化斑块钙化物的主要成分为纳米尺寸的粒状、针状及柱状的B型碳羟磷灰石,并与低n（Ca）/n（P）的磷酸钙矿物共存。钙化初期是沉淀在胶原纤维上的低n（Ca）/n（P）磷酸钙矿物小球,在钙化发展过程中,胶原纤维随之钙化并不断富集,形成最终的块状钙化。     

珊瑚砂岩土力学特性分析

结合工程勘察实践及现场载荷试验成果,提出将珊瑚砂分为海洋类珊瑚砂和濒海类珊瑚砂两大类,并在此基础上对珊瑚砂进行了规范定名,通过现场载荷试验对各类珊瑚砂的岩土力学特性进行了研究分析,阐明了各类珊瑚砂的岩土力学特性,对今后进一步研究珊瑚砂的岩土力学特性及工程实践具有一定指导意义.     

珊瑚化石的组成及显微结构分析

珊瑚化石是珊瑚在地下长期埋藏经过各种地质作用所形成的化石,目前对珊瑚化石的研究主要集中在地质学和生物进化方面,对珊瑚化石的组成和显微结构研究较少。本文对产于陕西省的珊瑚化石采用X射线衍射分析、差热分析、热重分析以及扫描电镜等方法进行分析,研究珊瑚化石的组成、含量以及其显微结构特点。结果表明:这类开采于陕西省的珊瑚化石主要成分是碳酸钙(CaCO3),平均含量高达98.6%;珊瑚化石在700℃左右发生相变,在相变过程中其质量急剧下降,即CaCO3分解为CaO和CO2;内部结构存在着大量的1~5μm孔隙;断口形貌具有类似解理断裂的特点,存在相应的"河流状花样"。本文提出,在珊瑚玉石储藏及加工时要尽量避开酸性物质,避免使其经受高温,最高不要超过650℃,同时加工琢磨刻面过程中要避开解理面,或使刻面与解理面呈一定角度。     

藏北羌塘中央隆起带果干加年山晚三叠世珊瑚化石发现及其地质意义

藏北羌塘盆地中央隆起带果干加年山北坡首次发现了较丰富的珊瑚化石。珊瑚主要属种有8属10种及未定种:Distichophyllia norica(Frech),Gablonzeria irregularis DengZhang,Margarophyllia stylophylloides(Vinassa deRegny),M.zogangensisDengZhang,Margarophyllia? sp.,Montlivaltia tenuise DengZhang,Pamiroserisrectilamellosa(Winkler),Paradistichophyllum verticalis DengZhang,Paradistichophyllum?sp.,StylophyllopsismosjvariFrech等。产出这些珊瑚化石的灰岩地层原来被认为是混杂在晚三叠世望湖岭组碎屑岩中的古生代灰岩断块,而新发现的珊瑚指示地层时代并非是古生代,而是晚三叠世。这说明果干加年山地区不存在上三叠统碎屑岩和古生界灰岩混杂的现象。果干加年山地区的晚三叠世沉积不仅包含有望湖岭组的碎屑岩,还包含有夹在碎屑岩之间的浅海相灰岩。本次研究和前人的资料表明羌塘中央隆起带在晚三叠世并非是隆起剥蚀区,而是海洋沉积区。因而,以往建立在中央隆起带为隆起剥蚀区认识基础上的羌塘盆地晚三叠世沉积古地理环境和"一隆两坳"的大地构造格局认识需要重新考虑。