运用228Ra-NO-3法测定南沙海域的新生产力

运用MnO₂纤维富集-²²⁸Ac b计数法测定了南沙海域两个测站3个时间点水柱的²²⁸Ra比活度, 得其值介于0.38至 3.60 Bq×m^-3. 发现²²⁸Ra的分布能满足稳态条件. 采用一维稳态模型, 以²²⁸Ra-NO^- ₃法测得测站NS97-43, NS99-53(T₁)和NS99-53(T₂)的新生产力分别为4.4, 5.1和5.7 mmolC·m^-2·d^-1. 结合初级生产力的文献报道值, 计算得南沙海域的f比介于0.12~0.15.     

北京东灵山三种温带森林生态系统的碳循环

通过对北京山地白桦林、辽东栎林和油松林的植被、地表凋落物和土壤碳储量, 生物量净增量和凋落物量, 以及植被和土壤呼吸的实际观测, 构建了北京山地三种温带森林生态系统的碳循环模式. 结果表明, 北京山地温带森林总碳密度在250~300 t C·hm^-2之间, 其中植被碳密度为35~54 t C·hm^-2, 土壤碳密度(深度为1 m, 包括地表凋落物)为209~244 t C·hm^-2. 三种森林的植被生物量都处于增加之中, 净增量为1.33~3.55 t C·hm^-2·a^-1. 凋落物量为1.63~2.34 t C·hm^-2·a^-1, 群落植被呼吸量为2.19~6.93 t C·hm^-2·a^-1, 土壤异养呼吸量为1.81~3.49 t C·hm^-2·a^-1. 生态系统的总初级生产力介于5.39~12.82 t C·hm^-2·a^-1之间, 其中约一半(46%~59%)转变为净初级生产力(3.20~5.89 t C·hm^-2·a^-1). 碳平衡分析表明, 在研究时段(1992~ 1994)内, 人工油松林是一个较大的碳汇(4.08 t C·hm^-2·a^-1), 而次生的白桦林和辽东栎林与大气之间的CO₂交换基本处于平衡状态.     

中国不同类型断裂带的地幔脱气与深部地质构造特征

以氦同位素为主, 辅以CO₂/³He和CH₄/³He及⁴⁰Ar/³⁶Ar等指标, 结合地质构造等资料, 对中国大陆不同类型断裂带的地幔脱气及其深部地质构造特征进行了综合示踪研究. 据此识别并划分出4种具代表性的断裂带: (1) 伸展性构造环境中的岩石圈断裂, 地壳厚度小, 具低CH₄/³He-高R值和低CO₂/³He值-高R值体系, 以幔源流体为主, 地幔脱气作用最强, 以郯庐断裂带为代表; (2) 强烈挤压构造环境中的岩石圈断裂或俯冲带, 如班公湖-怒江断裂带, 地壳巨厚, R/Ra值为0.43~1.13, 幔源氦约占总氦的5%~14%, 地幔脱气作用较弱; (3) 造山带山前(盆缘)深断裂带, R值为10^-7量级, CH₄/3He值为10⁹~10¹⁰, CO₂/3He值为10⁶~10⁸, 具微弱的地幔脱气作用; (4)造山带内壳层断裂带, 如窑街F19等断裂带, 具有高CH₄/3He值-低R值(10^-8)和高CO₂/³He值-低R值体系, 无明显的地幔脱气作用. 研究表明: 大型深断裂带是地幔脱气的主要构造通道; 控制地幔脱气强度的主要因素为断裂深度、构造环境性质和地壳厚度; 地幔脱气作用强度可反映断裂带的深度及其深部构造状态, 而气体地球化学示踪则可成为其研究的新的途径; 地球深部热流体上侵活动可能是深大断裂带形成演化的动力源之一; 山前断裂带是深部构造活动方式和壳幔结构转换的部位, 对于认识造山带和盆地的形成机理有重要科学意义.     

北冰洋考察区海-气CO2的分布特征和通量研究

利用中国首次北极科学考察中走航观测所获得的北冰洋考察区海-气CO₂分压及相关资料, 分析研究了考察区夏季大气和表层海水中CO₂分压的分布特征, 首次用实测的海-气CO₂资料于多种方法估算了考察区夏季海-气CO₂的通量. 结果表明考察区夏季大气中CO₂分压(Pa)的测值范围在(352~370)×10-6 CO₂·Air-1(单位下同)之间, 平均为358, 平面上具有波因特来的北部海域较高, 其余海域分布较均匀的分布特征; 夏季表层海水中CO₂分压(Pw)测值在98~580之间, 极值之差竟达472, 平均值为242, 比相应的分压(Pa)低116, 呈现西低东高、北低南高的平面分布特征, 并与研究区浮游生物、冰况、水温和环流状况有密切关系. 估算结果表明, 各种计算方法所估算出的碳通量F的平面分布趋势相似, 除考察区东部海域为大气CO₂的弱源区外, 大部分海域都为大气CO2的汇区或强汇区, 但它们的值却有较大差异, 平均值在6.57(Liss法)至26.32 mg CO₂·m^-2·h^-1(¹⁴C法)之间, 最大与最小值之间相差约4倍, 大约分别是全球平均值的2~10倍; 若以Wannikhof系数估算, 本海域的平均碳通量则是Takahashi, Feely等人在本海域模拟估算值的2倍左右.     

慕士塔格夏季近地表大气CO2及H2O含量变化

对帕米尔高原慕士塔格地区海拔4500 m第四纪冰川作用区夏季近地表大气CO₂及H₂O的含量进行了连续两年的观测, 结果表明自6月底至8月中旬大气CO₂含量整体呈轻微的下降趋势, 下降幅度约5 μmol·mol^-1, 并且具有明显的日变化周期. 该区近地表大气CO₂日最高含量出现在当地时间2:30~5:30 am, 最低浓度发生于12:30~15:30 pm. 对比2002年与2003年的观测结果, 可以发现2002年夏季该区近地表大气CO₂日平均含量整体较2003年低5 μmol·mol^-1, 而且, 2002年CO₂含量日变化幅度更大. 考察大气H₂O与CO₂含量变化的关系, 发现二者有很好的负相关. 上述现象揭示慕士塔格第四纪冰川作用区近地表大气CO₂含量的变化不仅受植物光合作用的影响, 同时大气中H₂O的含量在控制CO₂含量方面起重要作用.     

210Pbex沉积通量突发增大对湖泊生产力的指示

²¹⁰Pb沉积计年的基本假设是大气沉降并经由湖水转入沉积物的²¹⁰Pb_ex 通量稳定. 当沉积速率相对稳定时, 沉积物中²¹⁰Pb_ex 的比活度将随沉积年代呈指数衰减. 湖泊水体中的²¹⁰Pb_ex 主要随有机微粒的沉降而进入沉积物. 如果湖泊水体中有机质沉积通量出现突发增大时, 则可能显著地增大²¹⁰Pb_ex 被清洗而转入沉积物的通量. 这种突发性清洗效应, 一方面显然不符合²¹⁰Pb沉积计年的基本前提; 另一方面可能指示湖泊水体初级生产力的明显变化. 根据云南程海近代沉积物²¹⁰Pb_ex 垂直剖面的特殊变化, 对这一问题进行讨论. 沉积物柱芯于1997年6月采自程海深水湖区. ¹³⁷Cs比活度垂直剖面呈现出3峰特征, 给出了可靠的计年结果并显示出近几十年间沉积物堆积的稳定性. 而²¹⁰Pb_ex 比活度垂直剖面呈现出特异的峰值分布, 并与Corg垂直剖面相似. 这一现象可能与制约²¹⁰Pb_ex 转入沉积物的机制有关. 程海沉积物中H_org/C_org和C_org/N_org原子比平均值分别为5.51和7.04, 表明其有机质主要源于内生藻类残骸. 根据沉积物有机质“沉降-降解-堆积”的3阶段特征, 模拟计算出1970年以来有机碳C_org的沉积通量(F(C_org)). 不同年代²¹⁰Pb_ex 的沉积通量(F(²¹⁰Pb_ex ))与F(C_org)显示出很好的同步关系. 特别是1972～1974年和1986～1989年的两个时段, 二者同步增大. F(C_org)的变化导致F(²¹⁰Pb_ex )的变化; F (²¹⁰Pb_ex)的变化在一定程度上反映出湖泊生产力的历史变化.     

红松和长白松针叶暗呼吸对连续4个生长季高浓度CO2处理的响应

以开顶箱法研究了高浓度CO₂对长白山两种针叶树—红松和长白松针叶暗呼吸作用的长期影响. 对两个树种连续4个生长季进行700和500 μmol·mol^{-1 CO₂处理, 同时设接受大气CO₂浓度(约350 μmol·mol-1 CO₂)的开顶箱为对照, 在CO₂处理的第2, 3和4个生长季分别测定了针叶的暗呼吸速率. 结果表明: CO₂处理的第2个生长季, 高浓度CO₂下红松和长白松针叶暗呼吸速率增加, 可能与碳氮含量变化有关; CO₂处理的第3个生长季, 高浓度CO₂条件下生长的红松针叶暗呼吸速率增加, 长白松针叶的暗呼吸速率下降, 两树种呈不同响应主要与植株的生长速率不同有关; CO₂处理的第4个生长季, 红松和长白松针叶的暗呼吸速率均受高浓度CO₂抑制. 第3个生长季通过改变测量CO₂浓度, 发现高浓度CO₂对长白松针叶暗呼吸作用的短期效应与长期效应呈现一致性, 红松不完全相同. 红松和长白松针叶的暗呼吸作用对高浓度CO₂的响应与CO₂处理时间及植株个体的生长发育阶段有关, 暗呼吸速率的变化是CO₂直接作用与长期驯化共同作用的结果, 不能用短期的测定结果预测针叶暗呼吸对高浓度CO₂响应的长期效应.}     

长江口崇明东滩沉积物反硝化作用研究

选择长江河口崇明岛东部潮滩为典型研究区域, 从2003年7月到2004年7月在崇明东滩(CM)进行了隔月采样, 研究表明水体自身N₂O产生速率很低, 沉积物是上覆水体N₂O的来源, 沉积物中N₂O产生速率在-0.08~1.74 mmolN·m^-2·h^-1之间, 夏季是N₂O产生速率较高的季节. 不同潮滩部位N₂O产生速率的差异, 以及N₂O产生速率与反硝化速率、温度、溶解氧的相关关系表明中潮滩(CM-2)沉积物反硝化作用可能是N₂O的主要产生源, 低潮滩(CM-3)沉积物中N₂O来源于氮素循环的多个反应过程. 冬季和夏季是潮滩沉积物反硝化作用较强的季节, 晚秋(11月)、初春(3月)反硝化速率相对较低, 潮滩沉积物反硝化速率季节变化较大(1.12~34.09 mmolN·m^-2·h^-1). 温度、溶解氧以及二者的共同作用是影响潮滩沉积物反硝化作用进行的显著因素.     

内蒙古半干旱草原CO2排放通量日变化特征及环境因子的贡献

利用静态暗箱法对内蒙古半干旱羊草草原2001~2002年不同物候期原状群落与土壤呼吸通量日变化进行了野外定位试验研究, 并就水热因子(气温、表层地温、土壤表层含水量)及生态因子(地上活体现存量、地下生物量、凋落物现存量)对原状群落和土壤呼吸通量日变化规律及日呼吸量差异的贡献进行了相应的统计分析. 结果表明: 原状群落和土壤呼吸具有明显的日变化规律, 不同物候期呼吸通量的日变化模式基本相同, 环境因子的变化通常只对CO₂排放强度产生影响, 而对草地CO₂排放通量的日变化模式影响较小; 整个羊草草原在不同物候期原状群落日呼吸总量的变化范围为1.34~10.13 g·m^&#8722;2, 土壤日呼吸总量的变化范围为0.98~5.17 g·m^&#8722;2; 原状群落呼吸和土壤呼吸通量的日变化均与气温及地表温度显著相关(p<0.05)或极显著相关(p<0.01), 而与表层5 cm以及10 cm土壤温度相关性较弱; 多元回归分析表明, 不同物候期原状群落日呼吸量的差异约80%是由地上活体现存量的差异引起的, 其余各因子的变化能够共同解释原状群落日呼吸量变化的20%左右; 而不同物候期土壤日呼吸量的变异约有83%左右是由0~20 cm地下生物量的变化引起的, 此外, 表层土壤含水量也是影响羊草草原土壤日呼吸量变异的重要环境因子, 但其与土壤日呼吸量的偏相关系数未达到0.05的显著性水平.     

含CO2盐水流体包裹体摩尔体积和组分求解新方法

借鉴Parry(1986)方法的思路, 提出求解含CO₂盐水流体包裹体摩尔体积和组分(V_m-X)的新方法. 新方法以实测包裹体气-液相CO₂部分均一温度及均一方式(T_h,CO₂), 包裹体盐度(S)和包裹体完全均一温度(T_h)为原始数据, 构建了含X_CO2、X_NaCl、V_m及F(包裹体气-液相CO₂部分均一时CO₂相的充填度)四个未知量的四个关联方程. 通过解四个方程构成的方程组, 求取包裹体的V_m-X值. 前三个方程为X_CO2、X_NaCl和V_m的数学表达式, 它们只与T_h,CO₂、S和F相关, 其简化的形式可表示为: ; ; . 第四个方程为包裹体完全均一时X_CO2、X_NaCl、V_m和T_h间的热力学关系式, 简化形式为: . 解方程组要使用迭代求解法, 过程如下: 先给定F值代入前三个方程, 可分别求得X_CO2、X_NaCl和一个摩尔体积值V_m1, 然后把求得的X_CO2、X_NaCl代入方程f₄ 求出另一个摩尔体积值V_m2, 当V_m1＝V_m2, V_m1(V_m2)、F、X_CO2和X_NaCl即为整个方程组的解, 如符合地质意义, 即求得了包裹体的V_m-X值. 与Parry(1986)方法相比, 该方法更易于使用, 对X_CO2的求解也更精确. 新方法适用于求解CO₂气-液相部分均一时, 温度高于笼合物熔化温度, 且不含固相石盐的含CO₂盐水体系流体包裹体.     

中国北方黄土区C4植物稳定碳同位素组成的研究

通过对中国北方黄土区C₄植物稳定碳同位素(δ ¹³C)的系统分析, 发现C₄植物δ ¹³C值分布区间为-10.5‰ ~ -14.6‰, 其平均值为-12.6‰ ± 0.82‰; C₄植物δ ¹³C组成有随年降雨量减少, 即从半湿润区到半干旱区, 再到干旱区微微变轻的趋势; C₄植物的稳定碳同位素组成雨季比旱季偏重. 以上变化趋势都与C₃植物稳定碳同位素变化趋势相反.     

南京葫芦洞石笋δ13C对冰期气候的复杂响应与诊断

文中重建了南京葫芦洞内距今75~10 ka期间7支石笋δ¹³C的时间变化序列, δ¹³C曲线在重叠时段均具有一致性波动形式. 在最后一个冰期/间冰期旋回, δ¹³C值变化幅度达6‰, 反映了C3/C4植被类型变化对δ¹³C的主控作用. 然而, 在末次冰期格陵兰冰心记录的DO暖事件时(千年尺度), δ¹³C与指示降水变化的δ¹⁸O呈反相关, 主要反映了快速渗水条件下洞穴岩溶水对土壤CO₂溶解量的降低. 据同期生长石笋δ¹³C和δ¹⁸O对比分析, 石笋碳同位素动力分馏程度与生长速率有关. 进一步研究发现, 本区末次冰消期植被类型变化滞后于降水变化约700年.     

西藏泽当英云闪长岩的地球化学和Sr-Nd同位素特征: 特提斯洋内俯冲的新证据

对雅鲁藏布江缝合带泽当段岛弧火成岩组合中英云闪长岩的分析表明, 该岩石具有与典型埃达克岩相似的特征: 高SiO₂(58%~63%), Al₂O₃(18.4%~22.4%), Sr(810×10^-6~940×10^-6), Sr/Y(77~106), 低HREE(Y=9×10^-6~11×10^-6, Yb＝1×10^-6~1.3×10^-6), 富集LREE, 并有微弱的Eu正异常. I_Sr(0.70421~0.70487)较低, 而¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd (0.512896~0.512929)和εNd(t)值(+6.7~+7.3)较高. 以上特征表明, 泽当英云闪长岩是由洋壳俯冲到一定深度后部分熔融而成, 熔融过程中可能卷入了少量大洋沉积物. 这套俯冲洋壳成因的埃达克岩的厘定, 指示中生代时特提斯洋开始发生洋内俯冲, 印证了前人所提出的洋内岛弧的存在.     

青藏高原中部全新世气候变化的湖泊沉积地球化学记录

通过青藏高原中部兹格塘错湖泊沉积物总碳(TC)、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总硫(TS)、氢指数(HI)、氧指数(OI)和有机质的碳同位素(δ¹³C_org)等多项指标的综合分析, 在判断沉积物中有机质来源的基础上, 根据各指标的变化特征阐明了各自的气候指示意义, 建立了兹格塘错全新世以来的古气候演化序列. 10100 cal a BP兹格塘错地区进入全新世, 全新世早中期为暖湿气候特征, 在8600~8400和7400~7000 cal a BP发生两次强烈冷事件; 中晚全新世以来气候变冷变干. 这一气候演化过程与其邻近的错鄂的研究结果相近, 代表了青藏高原中部全新世的气候演化特点. 青藏高原中部全新世气候变化主要受太阳辐射控制.     

海洋沉积磷的减少与冰期大气CO2降低的联系

从南海北部陆坡沉积物中提取的有关磷的环境与生物地球化学信息显示, 陆源磷对海洋的供应量是基本恒定的, 不同深度磷含量的变化是受气候和环境变化影响的结果. 根据沉积物中磷与碳酸钙、Cd含量随深度变化的趋势相反, 以及通过化学平衡计算得到的海水中CO₂与PO₄^3&#8722;的消长关系, 表明了海洋沉积磷的积累与大气CO₂的变化相关联, 沉积磷的积累量减少和碳酸钙含量增加, 可能是导致冰期大气CO₂浓度降低的一个关键性因素.     

温暖湿润区铁杉和高山松树轮δ13C的气候意义

详细了解多树种树轮碳同位素组成(δ¹³C)对气候的响应机制是进行古气候重建的基础. 利用川西高原温暖湿润区铁杉和高山松树轮δ¹³C序列, 探讨了气候环境要素对两树种δ¹³C的控制作用及利用该指标进行气候重建的潜力. 结果表明: 铁杉和高山松树轮δ¹³C序列之间存在差异, 其原因可能与树种本身的生理特性有关; 当去除大气CO₂浓度引起的低频影响后, 两树种年轮碳同位素分辨率(Δ¹³C)序列之间的相关程度有所加强, 且呈显著相关关系, 说明气候要素对两树种的(Δ¹³C有类似的控制作用. 温度和水分与两树种(Δ¹³C序列密切相关, 但二者对(Δ¹³C起控制作用的时段和强度因树种的不同而存在差异. 其中, 温度对铁杉(Δ¹³C影响的关键时期为前一年12月至当年2月, 对高山松影响的关键时期为当年4~7月; 水分对铁杉和高山松(Δ¹³C起控制作用的关键时期分别为当年2~4月和3~5月. 可见在温暖湿润区, 树轮碳同位素分馏因树种的不同而不同, 且受多个气候要素共同作用, 但最优多元回归方程的解释方差最大仅38.5%. 因此, 在温暖湿润的川西高原单独利用树轮δ¹³C进行气候要素重建受到一定限制.     

U-Th-K放射成因热对花岗岩冷却-结晶过程影响的计算及地质意义

花岗岩的放射性元素(U, Th, ^{40K)含量比玄武岩等基性-超基性岩高1~2数量级, 其产生的放射成因热对花岗岩冷却-结晶时间有较大影响. 推导出放射成因热使花岗岩熔体的冷却-结晶过程延长时间(tA)的计算公式. 采用该公式对湘南金鸡岭岩体二长花岗岩(U=5.31×10-6, Th=23.1×10-6, K₂O=4.55%)进行的模拟计算得出, 在二长花岗岩熔体冷却-结晶期间积累的放射成因热将使结晶过程延长的时间尺度(t_A) 大于二长花岗岩熔体从初始温度(T_m)冷却到结晶温度(T_c)所需时间尺度(t_col) (t_A=1.4 t_col). 这表明, 花岗岩熔体中产生的放射成因热是影响其冷却-结晶过程的一个重要因素, 也是造成中生代-新生代花岗岩基的结晶年龄与其侵位年龄不一致, 产生较大的侵位—结晶时差的热动力学原因之一.}     

低温含锗溶液与泥炭和褐煤相互作用实验研究

在25~100℃, C₀ = 5 μg/g和不同pH值条件下, 对泥炭和褐煤与含锗溶液(Ge⁴⁺)的相互作用进行了实验研究. 研究结果表明: (1)酸性(pH₀ = 2.96)条件下, 泥炭和褐煤对溶液中锗的表观转化率与温度呈明显的正相关; 同等实验条件下, 实验所采用的褐煤对锗的表观转化率明显高于泥炭, 但其有机转化率低于泥炭; 泥炭和褐煤与含锗溶液相互作用的活化能分别为30.96和15.67 kJ·mol^-1. (2)强酸(pH₀ = 2.96)、强碱(pH₀ = 12.08)条件有利于泥炭和褐煤对锗的转化; 在40 = 6.38)条件有利于褐煤对锗的转化. (3)泥炭和褐煤与含锗溶液相互作用的反应机理可能主要是有机质对锗的配合作用. 上述结果为煤中锗超常富集的热水沉积成因提供了最直接的实验证据.     

加拿大海盆上、下跃层水形成机制的同位素示踪

中国首次北极科学考察期间(1999年8月9日至8月21日), 于加拿大海盆3个站位获得S, T, 营养盐(NO₃^-, PO₄^3-, SiO₃^2-), 溶解氧, ²H, ¹⁸O等水文、地球化学与同位素数据. 结果表明, 在33.1等盐线附近 (150 m)存在营养盐, NO, PO^*极大值, 而300 m层存在NO, PO^*极小值, 分别呈现出上跃层水与下跃层水的特征. 采用S-δ¹⁸O-PO^*, S-δD-SiO₃^2-两个示踪体系确定了研究站位各层水样中大西洋水、太平洋水、海冰融化水和河水所占的份额. 2个示踪体系的计算结果均表明, 上跃层水对应深度存在太平洋水份额的极大值, 而下跃层水具有高份额的大西洋水. 结合NO/PO比值的变化, 说明上跃层水的形成缘于太平洋水通过白令海峡的输入. 该水体于楚克奇、东西伯利亚陆架区发生变性, 获得高盐、高营养盐特征, 经水平平流进入加拿大海盆. 下跃层水为通过巴伦支海进入的大西洋水于陆架区发生变性, 产生低营养盐、高溶解氧特征的水体, 经水平平流输送进入加拿大海盆产生NO, PO^*的极小值. 河水份额的垂直分布显示, 其含量随深度增加逐渐降低, 至300 m以深已观察不到河水的存在. 研究海域河水积分储量明显高于北冰洋其他海盆, 证实加拿大海盆是北冰洋河水的主要储存区. 除表层水外, 研究海域均为净海冰生成区, 且往北推移, 净海冰生成总量逐渐增加.     

白令海盆pCO2分布特征及其对北极碳汇的影响

利用中国首次北极科学考察期间所观测到的白令海及楚克奇海表层海水CO₂分压(pCO₂)的变化及其异常, 研究了白令海盆pCO₂的分布特征及与周围水文环流的相关关系. 结果表明, 与具有高生产力的白令海陆架区不同, 在白令海盆观测区内, 叶绿素整体水平较低, 生物作用不是pCO₂空间分布的主要调控因子, 而水文环流要素呈现出重要影响, 是典型的高营养盐低叶绿素(HNLC)海区. 研究表明, 白令陆坡流(Bering Slope Current; 后变性为阿纳德尔流, Anadyr Current)对白令海盆pCO₂空间分布也产生了重要影响. 从HNLC的白令海盆流过来的白令海亚北极水, 将补充西北冰洋夏季几乎耗尽的表层营养盐, 有利于浮游植物的生长, 增强对大气CO₂的吸收能力, 形成有机碳汇; 另一方面, 注入白令海的淡水来源的无机碳在白令海没有向深海输出, 多数会通过阿拉斯加沿岸流注入北冰洋, 形成一个重要的无机碳汇, 这两大碳汇都在北极对全球变化的响应中起着十分重要的反馈作用.