珠江口及其邻近海域沉积物甲烷-硫酸根界面分布深度及影响因素

利用化学和稳定同位素化学等方法分析研究区沉积物间隙水甲烷和硫酸根、pH和∑CO2以及δ^13C—CH4和δ^13C—ECO2的垂直剖面分布。结果显示,间隙水硫酸根浓度呈线性梯度减小,至沉积物甲烷-硫酸盐界面（sulfate-methane interface,SMI）附近,硫酸盐几乎全部消耗而甲烷浓度急剧增大;与此同时,间隙水pH和∑CO2在该深度位置明显升高。间隙水地球化学特征揭示了沉积物发生了AOM作用。在AOM过程中,由于^12CH4氧化速率较^13CH4快,故引起沉积物间隙水剩余甲烷的碳同位素偏重,而δ^13C—ZCO2值变为极负,珠江口QA11—2、QA12-9、QA12—14和GS-1四个站位SMI对应深度分别为12cm、38cm、50cm和204cm,而南海BD-7站位由间隙水硫酸根剖面变化推算约为600cm。从珠江河口到南海沉积物,由于受陆源输入的减少,表层沉积物有机质含量呈降低趋势。有机质输入量及其活性的高低是制约了沉积物SMI分布深浅的关键因素,这是由于高含量的活性有机质一方面可加速间隙水硫酸根通过有机质再矿化分解作用途径消耗;另一方面可引起向上扩散进入AOM反应带的甲烷通量增大,使得通过AOM作用的硫酸根消耗通量相应增大,其结果造成沉积物SMI的上移。根据沉积物C／N比值以及^13C剖面变化,推断AOM作用的可能发生机制是由于在沉积物表层再矿化作用过程中,因一部分活性有机质被大量消耗,导致进入沉积物硫酸根还原带底部的活性有机质数量相应减少,从而引起部分硫酸根转为与甲烷发生反应,并在微生物的作用下完成AOM过程。     

南海东北部硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面——海底强烈甲烷渗溢的记录

南海东北部沉积物顶空气甲烷含量较高,海底存在明显的甲烷渗溢现象。该海域6个沉积物岩心的孔隙水硫酸盐浓度和顶空气甲烷含量随深度变化而变化,出现明显的硫酸盐-甲烷互相消耗区域,硫酸盐和甲烷浓度均急剧下降。HD109、HD170、HD196A、HD200、HD319和GC10等6个岩心的硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面(SMI)分别位于704、911、728、636、888、792cm处,完全落入全球水合物区富甲烷环境的SMI深度范围之内。强烈的甲烷渗溢过程使得硫酸盐-甲烷互相消耗作用加剧,并形成浅的SMI。浅的SMI显示了东北部存在强烈的甲烷渗溢活动以及强烈的甲烷厌氧氧化作用,具有天然气水合物成藏的典型特征。     

夏季东、黄海沉积物中甲烷的分布和沉积物-水界面通量

沉积物释放是海洋环境中甲烷(CH_4)的重要来源。通过2013年7月和8月两个航次,对东、黄海泥质区沉积物中CH_4浓度的垂直分布和沉积物-水界面通量进行了研究。结果表明,除个别站位外,黄海沉积物(50 cm以浅)中CH_4的浓度变化范围在0.2～1.0μmol/L之间,长江口及浙闽沿岸附近的沉积物中CH_4浓度则要更高(1.0～2.0μmol/L),而东海东部海域沉积物中CH_4浓度波动范围为0.2～3.0μmol/L。总体来说,东、黄海沉积物中CH_4浓度偏低,这可能与观测到的高浓度硫酸盐(20 mmol/L)有关。通过整柱密室培养实验估算出东、黄海沉积物-水界面CH_4释放速率在0.64～2.12μmol/(m2·d)之间,东、黄海沉积物CH_4释放总量为6.7×108 mol/yr;但采用菲克定律估算的CH_4扩散通量则要比现场培养的结果低2～5倍,表明不同的方法在估算沉积物-水界面CH_4通量上还具有一定的不确定性。     

天然气水合物的上界面——硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面

定义了海域天然气水合物成矿带的上界面。指出在地球深部存在最原始的、从根本上不依靠光合作用来生存的生命系统。根据对ODP岩心样品中微生物数量的统计,海底以下沉积层中的生物数量可能占据全球原核生物总量的70%,其生物总碳量和地球表面所有植物的碳总量相当。地球内部如此巨大的生物总量应该在地壳中的气体分布等方面起着重要作用。甲烷在地壳层中广泛存在,并主要是微生物成因的。微生物产甲烷的途径主要有两个,一是二氧化碳还原,另一个是醋酸盐发酵。相应地,参与产甲烷的微生物菌群主要是产甲烷菌和食醋酸菌。甲烷在沉积层中的厌氧氧化是一个不争的事实。该过程发生在海底以下一个非常局限的区带,称为硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带。通常,这个区带很窄,仅为一个面,因此,硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带又称硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面。这是一个基本的生物地球化学界面,在功能上它起到屏蔽甲烷向海底和大气逸散的作用,是一个巨大的甲烷汇。甲烷的厌氧氧化同样是一个由微生物介导的过程,参与此过程的微生物主要是食甲烷古菌和硫酸盐还原菌。硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面在海洋沉积层中一般深可达海底以下上百米,浅可至海底。此界面为天然气水合物的上界面,该界面以上没有甲烷水合物存在。     

海洋孔隙水的硫酸盐剖面在底层气体水合物甲烷通量中的指示

海洋孔隙水的硫酸盐剖面在底层气体水合物甲烷通量中的指示ＷａｌｔｅｒＳ．Ｂｏｒｏｗｓｋｉ等微生物硫酸盐的减少，微生物沼气的产量，和气体水合物的形成与深海、大陆边缘沉积物中出现的成岩作用紧密联系（Ｐａｕｌｌ等，１９９４）．气体水合物是由水和低分子量气体（...     

中国主要红树林湿地沉积物中硫的分布特征及影响因素

以中国红树林主要分布地区--海南、广东、广西、福建的13个红树林区为研究对象,对沉积物中硫的分布特征及相关影响因素进行了分析.中国红树林地区沉积物中硫含量为0.009%～0.809%,平均含量为0.214%,远高于非红树林生长地区沉积物中硫的平均含量.海南、广东、广西、福建四省区红树林沉积物中硫的平均含量分别为:0.34%、0.19%、0.20%、0.18%.13个地区含硫量高低顺序为:三亚、东寨港、云霄、钦州、俄湾、姚家屿、高桥、山口、大冠沙、北仑河口、福田、洛阳桥、浮宫.各个不同红树林地区沉积物中的硫含量差异显著.硫含量与有机质含量、盐度显著正相关,与pH值显著负相关.土壤粒度组成以及铁含量对土壤中全硫含量有一定的影响.     

南海南部浅表层柱状沉积物孔隙水地球化学特征对甲烷渗漏活动的指示

海底沉积物孔隙水地球化学特征能快速响应甲烷渗漏活动及其生物地球化学过程,从而记录甲烷渗漏活动特征。对采自南海南部北康盆地的3个重力沉积柱状沉积物孔隙水样品（BH-H75、BH-H13Y和BH-H61）进行了甲烷浓度、溶解无机碳（DIC）和碳同位素（δ13CDIC）、阴离子（SO42−、Cl−）以及主微量元素（Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+）等地球化学分析。（△DIC+△Ca2++△Mg2+）/△SO42−比率图解与δ13CDIC深度剖面特征揭示了有机质硫酸盐还原反应（OSR）和硫酸盐驱动-甲烷厌氧氧化反应（SD-AOM）在不同沉积柱中所占比例的不同,其中BH-H13Y沉积柱中OSR和SD-AOM共同存在;BH-H75沉积柱中OSR占主导;在BH-H61沉积柱中SD-AOM占主导,且其底部可能存在微生物产甲烷作用。硫酸盐浓度线性拟合关系指示BH-H13Y的硫酸盐-甲烷过渡带（SMTZ）的深度约为700 cmbsf。结合SO42−浓度、DIC浓度最大值和δ13CDIC最小值推测BH-H61的SMTZ深度约为480 cmbsf。BH-H61和BH-H13Y沉积柱中,较浅的SMTZ深度、上升的DIC浓度以及强烈负偏的δ13CDIC值指示研究区存在甲烷渗漏活动。此外,在BH-H61和BH-H13Y站位,硫酸盐浓度随深度降低的变化梯度在沉积柱下部较上部陡,指示向上迁移的甲烷通量在时间上逐渐增强。孔隙水中Ca2+、Mg2+、Sr2+浓度以及Mg/Ca、Sr/Ca比值变化特征指示研究区沉积物中可能有自生高镁方解石矿物生成;而BH-H61站位SMTZ界面以下,孔隙水中Ba2+浓度升高,指示了硫酸钡的溶解作用。     

硫酸盐-甲烷界面与甲烷通量及下伏天然气水合物赋存的关系

硫酸盐-甲烷界面在富甲烷和含天然气水合物的海洋沉积区已经成为一个重要的生物地球化学识别边界。在硫酸盐-甲烷界面之上,沉积物中的硫酸盐因参与分解有机质和甲烷厌氧氧化反应而被消耗,而其界面之下沉积物中的甲烷则不断生成,含量逐渐增加。根据该界面附近硫酸盐浓度和甲烷浓度的变化特征,可以判断该区甲烷流体通量的大小,从而指示下伏天然气水合物的可能赋存状况。南海北部陆坡的柱状沉积物孔隙水数据的分析显示,硫酸盐-甲烷界面埋深比较浅,表明该海域的甲烷通量较高。这种高甲烷通量很可能是由下伏的天然气水合物所引起的,并暗示着该区下伏海底可能有天然气水合物沉积层赋存。     

九龙江河口沉积物中硫酸盐还原与甲烷厌氧氧化:同位素地球化学证据

通过沉积物柱孔隙水中甲烷,SO2-4,Cl-,δc(34S-SO2-4)、δc(13 C-CH4)的垂直分布特征,研究了硫酸盐还原和甲烷厌氧氧化(anaerobic oxidation of methane,简称AOM)过程在九龙江河口沉积物中的分布规律.测定结果显示两个站位(J-A和J-E)间隙水中SO2-4浓度随深...     

红树林湿地沉积物中海洋线虫个体干质量的研究

对采自2012-2013年4个季度,福建九龙江口和洛阳江口红树林湿地沉积物中的海洋线虫进行了分选和制片,对其优势属的全部个体进行了体长和体宽的测量。利用体积换算法,获得了线虫群落成体干质量变化情况。结果表明:红树林湿地沉积物中海洋线虫群落优势属个体成体干质量在0.14~4.88 μg之间,幼体的变化范围在0.17~1.46 μg之间,平均的个体干质量为0.826 μg。海洋线虫群落结构种类组成和幼体所占比例是影响线虫个体干质量估算的主要因素。建议对红树林湿地沉积物中海洋线虫生物量的估计当以实测为最佳,如采用经验系数则建议使用个体平均干质量0.8 μg。     

杭州湾沉积物中甲烷的垂向分布及控制因素

近海特别是河口三角洲地区的沉积物中蕴藏着大量的甲烷。作为一种温室气体和海洋地质灾害因素,研究近岸海底沉积层中甲烷气体的赋存特征,可为海底浅层气的灾害防控、生态环境效应研究等提供理论支撑。通过对杭州湾YS3、YS4、YS6和YS7四个沉积物钻孔（长约60 m）的地质与地球化学参数的分析,探讨了研究区沉积层中CH4气体的垂向分布特征及影响因素。结果表明：YS3和YS6孔均存在一个含甲烷气层,分别位于海底1.5～22.5和8～42 mbsf,而YS4和YS7孔均存在两个含甲烷气层,分别位于约5 ～ 11和23～47 mbsf。四个钻孔中甲烷主体埋藏于粉砂和黏土为主的沉积层中,CH4最高含量分别为5.66、1.73、1.96和2.12 mM,均为CO2/H2还原途径生成,生成后在海底原位沉积层中甲烷的扩散迁移和厌氧氧化作用达到了动态平衡。沉积物孔隙度、黏土含量、有机碳含量、沉积速率等是海底甲烷的含量、分布层数、分布深度和赋存厚度的重要影响因素。     

秋季东海二甲基亚砜的分布与影响因素研究

2010年11月对东海进行了大面调查,研究了秋季东海表层水中颗粒态和溶解态二甲基亚砜(DMSOp和DMSOd)的水平分布和PN断面的垂直分布特征及其影响因素。结果显示,表层海水中DMSOp和DMSOd的浓度范围分别为2.49~85.5nmol/L和2.27~86.6nmol/L,平均值分别为(17.2±1.40)nmol/L和(15.3±1.29)nmol/L。DMSOp水平分布与叶绿素a(Chl a)相类似,呈现近岸高、远海低的趋势,而DMSOd浓度高值区主要集中在东海西南部上升流区域。分析PN断面的垂直分布可见,DMSOp在近岸底层水中浓度较高,而DMSOd浓度在表层出现高值。相关性分析的结果表明,DMSOp与颗粒态二甲巯基丙酸内盐(DMSPp)以及DMSOp/Chl a比值与盐度分别存在一定的相关性,说明DMSOp与DMSPp具有相似的来源及生理功能。此外,DMSOd与二甲基硫(DMS)浓度具有正相关关系,说明DMS的氧化是东海DMSOd的一个重要来源途径。     

大洋表层沉积物中甲烷代谢古菌群落的组成及分布特征

海洋沉积物中的甲烷代谢微生物是甲烷循环的关键参与者,其代谢过程对大气甲烷浓度及全球气候变化具有显著影响,研究其在全球大洋沉积物中的组成及分布特征是探究微生物介导甲烷循环的基础。采用焦磷酸454高通量测序测定甲烷代谢保守功能基因mcrA（Methyl coenzyme–M reductase A）分析全球大洋沉积物中甲烷代谢微生物群落的组成和多样性;结合荧光实时定量PCR技术检测了古菌和甲烷代谢古菌的丰度分布特征。与其他海洋生境对比,大洋沉积物中甲烷代谢古菌群落结构单一,大西洋和印度洋的α多样性指数显著高于太平洋（p<0.05）。在大洋沉积物样品中鉴定到3个目的甲烷代谢古菌,即甲烷杆菌目（Methanobacteriales）、甲烷八叠球菌目（Methanosarcinales）和甲烷微菌目（Methanomicrobiales）,其中甲烷微菌目占绝对优势,并主要由一簇未知类群（暂名Oceanic Sediments Dominant group,OSD group）组成。大洋沉积物的古菌16S rRNA基因丰度（湿重,下同）平均为8.81×10⁶ copies/g,大西洋的低于印度洋和太平洋;马里亚纳海沟基因丰度低于南海北部,且随着采样深度增加而呈降低趋势。大洋沉积物的mcrA基因丰度为1.38×10³～8.25×10⁴ copies/g。基因丰度大西洋最高,太平洋次之,印度洋最低;马里亚纳海沟略高于南海。本研究发现,相较于冷泉、热液、近海河口等海洋生境,大洋沉积物中甲烷代谢古菌丰度低且群落结构单一,不同海区样品间具有极高的相似性;同时发现OSD group是全球大洋沉积物样品的绝对优势类群,其与已知类群序列亲缘关系均较远,分类进化地位尚不明晰,值得进一步研究。     

Vertical and horizontal distribution of meiofauna in mangrove sediments in Transkei, southern Africa

The depth-distribution profiles of meiofauna in four transects in the Mngazana River, Transkei were studied during summer 1980. Highest densities [±1000(100 cm³)⁻¹] were encountered within the top 10 cm of the sediment. Nematodes dominated (80%) and the remainder was made up of ciliates, oligochaetes, gastrotrichs, and low numbers of polychaetes, copepods, kinorhynchs and various crustacean larvae. Among chemical parameters Eh correlated most consistantly with distribution, particularly at the lower tidal levels. Temperature and pH appeared to be of lesser importance. The maximum estimated depth of penetration was on average 72 cm at the HW levels; 32 at MW and 23 at LW. The mean dry biomass was estimated at 1073 mg m⁻²; 941 mg m⁻² and 196 mg m⁻² at these tidal levels respectively. The importance of preliminary studies designed to estimate the depth distribution of meiofauna is discussed.     

渤海湾表层沉积物元素地球化学分布特征与影响因素

对取自渤海湾的307个表层沉积物进行了元素测试和粒度分析。渤海湾表层沉积物的常微量元素呈现4种组合:富集于粗粒沉积区的SiO_2、Na_2O亲碎屑元素组合;富集于细粒沉积区的以Al_2O_3和重金属元素为代表的亲黏土元素组合;与缺氧环境有关的MnO、V、TOC元素组合和与河流输入有关的陆源CaO、TiO_2元素组合。粒度粗细主导了渤海湾元素含量分布的整体格局;海域河流物源供应不同较大影响了渤海湾南部(富Na_2O、CaO和SiO_2)和北部(富Ba和P_2O_5)在元素含量上的差异;高流速潮流对海底的冲刷再分配导致曹妃甸南侧Sr、Ca元素的条带状富集异常;有机质在细粒沉积区的富集导致缺氧环境的形成和K_2O、Mn、V、自生黄铁矿的海洋自生化学沉积;人类活动导致以Pb为代表的重金属污染在河流入海口、港口及沿岸海域的元素分布异常;曹妃甸沙坝内侧的泻湖(海洋钙质生物沉积)与沙坝外侧水下岸坡(陆源碎屑沉积)的截然不同的物源,导致了独特地貌沉积环境下元素分布的局部差异。     

黄河水下三角洲高浓度黏性泥沙流变特性及其影响因素

黏性泥沙在黄河水下三角洲广泛分布,其在外部载荷作用下易引发泥沙淤积、冲刷、海床流化等问题,对港口、航道、海底管线等工程设施构成巨大威胁。利用黄河水下三角洲埕岛海域所取海底表层沉积物,制备不同固结时间和不同含水率的高浓度黏性泥沙样品。采用R/S流变仪,对所制备高浓度黏性泥沙样品进行全剪切速率下的流变试验,分析黄河水下三角洲高浓度黏性泥沙流变特性及含水率和固结时间对流变特性的影响。结果表明,高浓度黏性泥沙在剪切荷载作用下流化失稳,发生相态转化;屈服应力在固结120 min后增加了35%;含水率50%以上高浓度黏性泥沙在高剪切速率下表现出剪切增稠行为,且随含水率增加剪切增稠行为越明显;Power模型适用于含水率大于50%的高浓度黏性泥沙在高剪切速率下的流变行为。本研究可为海底黏性泥沙运动过程数值模拟与海底重力流等灾害预测提供参考。     

Heavy metals distribution in mangrove sediments along the mobile coastline of French Guiana

The accumulation of nine heavy metals in fine-grained sediments from the mangrove fringed coast of French Guiana is evaluated. The dynamic features of the South American tropical coastline, from the Amazon to the Orinoco Rivers, result in mangrove sediments being alternately submitted to phases of erosion and net sedimentation a few tens of years long. This process influences the distribution of the heavy metals associated with these frequently re-mobilized deposits. Sedimentary cores and mangrove plant samples were collected, at different seasons, in various swamps characterized by different properties (content of sedimentary organic matter, distance from sea water and fresh water). The ranges of measured concentrations expressed in μmol g^− 1 were the following: Cu (0.06 to 0.61), Co (0.12 to 0.68), Pb (0.08 to 0.18), Ni (0.32 to 0.76), Cr (0.61 to 1.40), Zn (1.25 to 5.94), Mn (4.36 to 45.4) and Fe (441 to 1128). No differences were found between sediments from mangroves developing upstream and downstream of urban areas, i.e. Cayenne and Kourou. This suggests that the content of mangrove sediments in heavy metals along the coastline of French Guiana is essentially the result of the continuous alternation of accumulation and transport phases occurring upstream after departing from the Amazon watershed. The sources of this heavy metals content are thus difficult to identify. However it is well known that the alluvium produced by the natural erosion of the Amazonian soils is naturally enriched in mercury. Also, the run-off from gold mining activities is known to contribute to mercury pollution. Ranges in total Hg were between 0.15 and 2.57 nmol g^− 1, with mean values close to 0.41 nmol g^− 1, and were clearly correlated with total organic carbon except for some outstanding high values, which may be a result of rapid geochemical changes. Heavy metal concentrations showed variations with depth. The redox conditions and the decay processes affecting the organic matter control the cycling of iron and manganese, which in turn control the concentrations and associations of heavy metals. These preliminary results suggest that the variations in heavy metal content with depth or between mangrove areas result largely from diagenetic processes rather than changes in metal input resulting from local human activities.     

海上风电场区位分布的动态演进和影响因素研究

为应对能源安全和气候变化,培育新兴产业,我国大力发展海上风电产业。经过十余年发展,海上风电累计装机总量已跃居全球首位,但在这一过程中,风电场的区位分布表现出显著的时空异质性,即随着时间推移,其经历一个由江苏到福建、广东、山东等地动态演化的过程,研究不同阶段影响区位分布的主导因素及其变化,对政府制定有效政策以促进产业发展具有重要意义。根据国家发布的政策文件以及中国风能协会等公布的数据,本文划分了海上风电发展阶段,采用动态偏离-份额拓展模型来测度产业转移以揭示区位分布的演进;进一步将模糊集定性比较分析法与地理探测器模型结合,从动态的角度分析了产业发展各阶段区位分布的主导因素及其变化,并剖析了增长突出省区市的发展路径及其差异化。研究表明,发展初期,海上风电场区位分布受政府扶持力度和自然因素的影响较多,随着产业发展及技术进步,创新环境与专业人才逐渐成为关键因素,典型的发展路径有政策驱动型、水域-政策驱动型、风能驱动型、创新-知识型、知识-政策驱动型等。进一步加快人才培养、完善产业链条、优化扶持方式应成为推动产业健康持续发展的努力方向。