应用于海洋时间序列沉积物捕获器控制系统方法研究

提出了一种海洋沉积物捕获器控制系统的软/硬件设计方案。该方案采用低功耗的硬件结构,多种冗余技术的软件设计, 满足了沉积物捕获器在海底可长达1 a 的低功耗、自动定时采集沉积物样品的要求。经过实验, 该控制系统运行可靠, 采样瓶切换控制准确, 运行数据记录完整, 具有广阔的应用前景。     

简讯

我国首台海洋沉积物捕获器问世 国家海洋局第一海洋研究所科技人员经一年多努力,日前研制成功我国第一台海洋沉积物捕获器,使我国成为国际上继美国、德国、法国之后,能制造该设备的少数国家之一。 为适应国家海洋领域高技术发展计划海洋863课题——沉积物来源、厚度与结构测深技术研究的需要,该所海洋地质和其他多学科科技人员一起,集高新技术为一体,研制出我国     

简讯

我国研制成功“深海沉积物捕获器” 在不久前完成的太平洋锰结壳和环境基线“DY95-10”航次调查中,我国自行设计的“深海沉积物捕获器”在5200米水深中施放36天后顺利回收,并且整套仪器运转良好,达到国际最高标准。     

溶解作用对南海北部沉积物捕获器碳、氮通量估算的影响

由于化学溶出、物理溶解以及胞外酶等作用,沉积物捕获器中颗粒物在锚系布放期间会发生一定程度的溶解,从而引起沉积物捕获器中碳、氮颗粒物通量的低估。本文对于1987—1988年南海北部中深层沉积物捕获器中碳、氮颗粒物的溶解作用进行了研究。溶解作用对于碳、氮通量估算的影响大致随着深度的增加而减小。总体而言,颗粒有机碳通量低估约3.8%~40.3%,平均值为26.6%。颗粒氮通量低估约4.2%~76.4%,平均值为43.7%。碳、氮颗粒物的溶出量与颗粒物通量大小关系不明显,但是样品储存时间对于碳、氮颗粒物溶解作用的影响较显著,储存时间较长的样品中颗粒物溶出量更大。     

南海北部沉降颗粒物中的糖类分布

通过对放置于南海北部Ｈｏｎｊｏ－ＭａｒｋⅥ型时间系列沉积物捕获器样品糖类组成分布的分析测定，研究了颗粒物有机物质的来源及控制因素及其与沉积记录的关系。结果表明糖类物质主要来源于海洋浮游植物，其能量变化受由季风影响的浮游植物季节性的消长所控制。沉积物中糖类组分与颗粒物相比呈现陆源有机质特征，推测是由于北部陆架物质通过浊流或海底移动进入陆坡所致。     

沉积物捕获器在海岸与陆架沉积动力研究中的应用:以罗源湾和台湾海峡为例

运用时间序列的沉积物捕获器对海岸与陆架海域沉降颗粒物进行采集,估算沉降通量,并运用多学科综合研究手段分析沉降颗粒物的来源、组成、时空变化及控制因素,可以为海岸与陆架沉积动力过程的研究提供新的研究手段。福建罗源湾的实验表明,夏季罗源湾潮下带小潮至中潮期间的沉降通量为133.20~256.18g/(m2·t);由中潮向大潮变化期间单个潮周期的沉降通量明显增大,台风过后的大潮期间的沉降通量为373.99~590.51g/(m2·t);台风显著影响期间的沉降通量为746.34g/(m2·t);粒度分析及水动力观测结果显示,观测期间罗源湾潮下带沉降颗粒物主要来源于海底沉积物的再悬浮。台湾海峡西北部内陆架海域的实验研究表明,该海域近底部悬浮颗粒物沉降通量最大值为13.34g/(m2·d),由小潮向中潮沉降通量逐渐增大,这主要是由于近底部温盐跃层层位上移,近底部垂向混合作用增强,致使底部再悬浮沉积物向上扩散,并最终被沉积物捕获器捕获。沉积物捕获器可以接收到再悬浮沉积物,结合底部边界层过程的观测研究,可以深入认识海底沉积物的侵蚀、沉降及埋藏过程,在研究海岸与陆架区沉积动力学、泥质区沉积记录的形成过程与保存潜力中扮演着十分重要的角色。     

黄河口埕岛海域悬浮沉积物沉降规律原位观测

运用时间序列沉积物捕获器,原位捕获了黄河口埕岛海域某观测点的沉降沉积物,并结合同步的波浪、海流、水深等水动力参数观测以及后续土样粒径分析等研究手段,计算了沉降通量,推断了沉降沉积物的来源,并结合理论计算探讨了悬浮沉积物沉降过程的影响因素以及沉降量在再悬浮量中所占的比例。研究结果表明:黄河口埕岛海域的悬浮沉积物沉降通量约为120~280g·m~(-2)·d~(-1),与该海域的再悬浮通量有着很好的正相关关系,推测很可能主要来源于海底沉积物的再悬浮;在该海域,即使过剩剪切力持续大于0,悬浮沉积物仍然会发生沉降,并且可以大于过剩剪切力小于0时的沉降量,推测与该地区粉质土海床的液化特性有关;再悬浮沉积物大约有5%发生原位沉降,绝大部分沉积物保持悬浮或者被输运至异地,这与该地区海底遭受强烈侵蚀的现象相一致。     

黄河口埕岛海域悬浮沉积物沉降规律原位观测北大核心CSCD

运用时间序列沉积物捕获器,原位捕获了黄河口埕岛海域某观测点的沉降沉积物,并结合同步的波浪、海流、水深等水动力参数观测以及后续土样粒径分析等研究手段,计算了沉降通量,推断了沉降沉积物的来源,并结合理论计算探讨了悬浮沉积物沉降过程的影响因素以及沉降量在再悬浮量中所占的比例。研究结果表明:黄河口埕岛海域的悬浮沉积物沉降通量约为120~280g·m^(-2)·d^(-1),与该海域的再悬浮通量有着很好的正相关关系,推测很可能主要来源于海底沉积物的再悬浮;在该海域,即使过剩剪切力持续大于0,悬浮沉积物仍然会发生沉降,并且可以大于过剩剪切力小于0时的沉降量,推测与该地区粉质土海床的液化特性有关;再悬浮沉积物大约有5%发生原位沉降,绝大部分沉积物保持悬浮或者被输运至异地,这与该地区海底遭受强烈侵蚀的现象相一致。     

南沙群岛海域夏季沉降颗粒的垂直通量

根据1999年7月航次在南沙群岛海域现场投放沉积物捕获器所取得的样品及分析结果，计算了南沙群岛海域夏季沉降颗粒的垂直通量、沉降颗粒中有机碳、总磷、有机磷的垂直通量，以及沉降颗粒中有机碳的百分含量，通过与南海其它海区及南沙群岛海域不同季节的沉降颗粒垂直通量作比较，认为南沙群岛海域沉降颗粒的垂直通量具有区域性和季节性的特点。     

南海西北部沉积物捕获器中颗石藻通量和属种组成变化记录

本文利用沉积物捕获器回收的连续时间序列沉降颗粒物样品,研究了南海西北部海南岸外陆坡外缘海域颗石藻的通量和属种组成变化及其环境意义。研究发现,东亚夏季风引起的海南岸外上升流以及冬季风导致的混合层深度增加都会刺激该区域颗石藻的生长,其中夏季上升流的影响尤为显著。从颗石粒属种组成来看,Florisphaera profunda是南海西北部中深层(1 000m)水体中主要的颗石粒优势种,此外Emiliania huxleyi,Gephyrocapsa oceanica和Gephyrocaps ericsonii等属种含量也颇高。然而在将颗石粒折算成颗石球数量后,Emiliania huxleyi则成为主要优势种。沉积物捕获器中F.profunda的相对百分含量与颗石粒总通量呈显著的负相关,表明F.profunda的相对含量与总的颗石藻生产力有着密切联系。本结果对于利用沉积物中的颗石藻记录,尤其是F.profunda相对含量变化,恢复和重建古海洋环境尤其是古海洋生产力的研究提供了直接的理论证据。     

南海北部沉降颗粒氨基酸通量及生物地球化学意义

对1987年9月到1988年10月放置于南海北部的3套沉积物捕获器样品(共39个)进行了氨基酸通量及组成的研究.氨基酸通量与总通量的变化一致,均呈现季节性的不同,并与南海季风有显着关系.氨基酸组合特征及季节性变化指示沉降颗粒有机物质主要来源于海洋浮游生物,其中浅层捕获器浮游植物为主要来源,而深层则浮游动物的贡献大.颗粒物质存在着快速沉降的机制,表明由南海季风气候控制的海洋真光层季节性的物理、化学条件变化引起的生物响应,一定程度上控制着海洋颗粒物质的产生、传输和沉积.     

南海北部和中部硅藻通量季节性变化及其对季风气候的响应

通过对南海北部和中部两套时间序列沉积物捕获器中的颗粒物样品进行硅藻分析,揭示了南海北部和中部硅藻通量的季节变化规律及其区域差异和各自对东亚季风气候的响应.研究表明在南海北部和中部海域,硅藻通量可以在一定程度上指示海洋初级生产力水平,其中南海北部硅藻通量明显低于中部,这可能与北部颗粒物样品采集期间发生的E1 Ni(n)o...     

旌式泥沙捕获器的研制和施测

介绍了旌式泥沙捕获器的研制，以及该仪器在破波带泥沙垂直分布、破波带泥沙搬运机制和海岸带泥沙输运速率和通量研究中的应用；详细描述了旌式泥沙捕获器在破波带泥沙观测中的安装和施测要点。     

台湾海峡南部、罗源湾和厦门港颗粒垂直通量研究

采用自行设计和制作的沉积物捕获器分别在台湾海峡南部的两个站位福建罗源湾大官坂垦区和厦门港进行了现场投放,得到迁出真光层的颗粒物通量分别为1.14,0.933,11.9和81.5g/m~2·d;颗粒有机碳通量分别为73.8,98.5,5054和856mg/m~2·d。上述海域沉降颗粒的通量不同,性质上也有所差异。     

富纳富提环礁阿马图库岛的海岸侵蚀

1943－1944年在位于太平洋中部富纳富提环礁东北端的阿马图库岛礁坪上开挖了一个引导水道－港口和一个长采坑。二者一直捕获沉积物、引导水道－港口内的水流还会将捕获的沉积物搬运到泻湖，从而导致了海岸侵蚀。1979－1996年岛西北端点后退了45m。这是一个典型的例子, 显示海岸工程引起的缓慢的、长期进行的海岸侵蚀。南沙和西沙群岛礁坪上都开挖有引导水道－港口，它们对海岸环境的影响值得注意。     

中德合作南海现代沉积作用过程研究进展

自１９８７年起，由国家海洋局第二海洋研究所与德国汉堡大学生物地球化学与海洋化学研究所利用先进的时间系列沉积捕获器开展了南海现代沉积作用过程研究。本文从科学依据，研究方法，技术路线、研究成果从展望阐述了本项目的研究进展。     

南海表层沉积物与水柱中沉降颗粒物对比研究及其古环境再造意义

分析了南海62个表层沉积物样品中生源(有机质、碳酸钙和蛋白石)和非生源(岩源物质)组分的含量变化和分布特征,并以沉积学分区为基础,结合5个沉积物捕获器站位,将南海划分为N、C-NE、SW和S 4个区域,对比分析了各区表层沉积物和水柱中沉降颗粒物中各组分含量、沉积通量分布特征和变化,探讨了表层沉积物的输出生产力、沉降颗粒物的初级生产力及真光层下100 m输出生产力三者之间的对应关系.结果显示:南海4个海域表层沉积物中各组分平均含量多数低于沉降颗粒物中的平均含量,而碳酸钙、岩源物质的沉积通量却多数高于沉降颗粒物中的沉积通量,分析得出表层沉积物中各组分平均含量和沉积通量不仅受水柱中各组分输出量影响,还受到陆源物质输入、溶解作用和上层水体营养盐影响.南海表层沉积物中生源组分沉积通量大小对应其输出生产力的大小.但是,由于陆源有机质、生源颗粒侧向漂移的影响,表层沉积物的输出生产力大小分布并不完全对应沉降颗粒物的初级生产力大小分布,尽管南海真光层下100 m输出生产力与沉降颗粒物的初级生产力比值与世界大洋"f"比平均值基本一致,但是,明显低于表层沉积物的输出生产力大小,只有在沉降颗粒物的初级生产力较高区域,真光层下100 m输出生产力大小才最接近表层沉积物的输出生产力大小.     

中国东部海域中239+240Pu的来源与沉积过程研究

本文对东海及毗邻海域中239+240Pu比活度、240Pu/239Pu原子比值和239+240Pu累积通量或沉积通量数据进行整理,首次从大气沉降、海水中、生物体中、沉积物捕获器中以及沉积物中的239+240Pu 5个方面阐述了东海及毗邻海域中239+240Pu的地球化学行为。研究结果表明,全球大气沉降和太平洋核试验场输入的239+240Pu是东海海水和沉积物中239+240Pu的两个主要来源;在长江径流、浙闽沿岸流、台湾暖流、黑潮与上升流等水团的混合作用以及清除作用的影响下,东海近岸海水中239+240Pu浓度在时间上呈现被清除而减少的趋势,相应近岸浅水区沉积物中239+240Pu的埋藏深度高于远岸深水海域。在黑潮入侵和上升流的作用下,冲绳海槽区尤其是台湾岛东北部,沉积物中的239+240Pu比活度与沉积通量显著增大。同时,利用东海表层沉积物中239+240Pu比活度和240Pu/239Pu原子比值的相关关系证实了台湾东北部黑潮底层分支流的存在,并指示出台湾暖流与黑潮底层分支流可能交汇的海域位置。     

1993~1996年南海中部海洋沉降颗粒通量的季节和年际变化

通过对南海中部1993~1996年获得的浅层和深层时间系列沉积物捕获器的样品分析,发现了稳定同位素值、颗粒总通量、碳酸盐、生物蛋白石、有机碳、表层初级生产力、浮游有孔虫总通量和属种的分布存在明显的季节性变化,其通量都是在东北季风和西南季风盛行期出现高值,在季风转向期出现低值.浮游有孔虫Globigerinoides sacculifer,G.ruber,Globigerinita glutinata,Neo-globoquadrina dutertrei等种的通量和相对百分含量也是在东北季风和西南季风盛行期都出现高值,但Globigerina bulloides,Globorotalia menardii和Pulleniatina obliquiloculata等种则在东北季风盛行期出现高值.分析还发现Globigerinoides sacculifer和Globorotalia menardii等种的通量和百分含量以及有孔虫总通量和碳酸盐通量等从1993到1996年存在下降趋势,而Globigerina.bulloides和Globigerinita glutinata的通量和百分含量以及生物蛋白石通量等在该期间显示为上升趋势.浅层捕获器样品中的碳酸盐和有机碳的通量比深层的高.研究表明海洋沉降通量和浮游有孔虫属种的季节和年际变化主要受与东亚季风相关的表层初级生产力和海洋水文条件变化所控制,深层捕获器样品中的碳酸盐和有机碳的通量低应与碳酸盐溶解作用有关.     

南海北部生源要素的垂直输运和保存及其与东太平洋的对比研究

通过对南海北部夏、冬两个季节的生源要素垂直输运剖面和时间系列沉积物捕获器的测量资料进行综合研究表明:南海北部颗粒物质主要是由钙质生物壳、生物硅、海洋浮游生物的有机质以及岩源物质组成,颗粒物质通量在1 000 m处大约为90.0 mg/(m2·d);研究还表明颗粒有机碳在进入沉积物保存之前被大量溶解,南海北部来自底层顺坡搬运的有机碳远大于垂直沉降;与开阔大洋(东太平洋海域)的对比研究表明,边缘海对于季节的变化更加敏感,而东太平洋调查区位于热带赤道高生产力带,生物作用十分明显,其海洋生物呼吸和物质转移同样也较活跃.