真光层的颗粒动力学──Ⅵ.南海东北部海域上层水体颗粒动力学的示踪研究

利用234Th－238U不平衡研究南海东北部海域3个站位上层水体中的颗粒动力学性质，测定了水往中溶解态及颗粒态234Th的比活度，具体讨论各相中234Th／238U）AR（放射性活度比）比值的垂直分布情况及其与水化学要素间的关系。运用稿态箱式模型计算出各站位不同水层中溶解态234Th相对于清除至颗粒物的平均停留时间和颗粒态234Th相对于迁出作用的停留时间。由模型得出的参数表明3个站位的真光层具有两种不同的层化图像，这一情形与我们在南沙群岛海域得到的结果相一致。结合POC／PTh比值，估算出3个站位从真光层输出的颗粒有机碳（POC）通量分别为4.025.0和5．4mmolC·m－3－d-1。文中进一步讨论了234Th与POC两者停留时间的关系。     

234 Th示踪法测定北太平洋西北海域冬季真光层中颗粒态有机碳输出通量

讨论了1997年冬季在北太平洋西北海域7个站位的表层至200m水深水柱中溶解及颗粒态234Th,颗粒态有机碳(POC)、氮(PON)及叶绿素a浓度的垂直分布剖面.溶解态、颗粒态及总的234Th的放射性在真光层中显著低于母体238U的放射性,总的234Th放射性在水深大于100m时趋于平衡.利用234Th-238U在海洋表层海水中的放射性不平衡推导出了北太平洋西北海域冬季真光层海水中234Th的平均停留时间和输出通量以及颗粒态有机碳和有机氮的输出通量.在亚北极环流区溶解态234Th的停留时间为40~50d,而在黑潮-亲潮共同影响区为20d左右.颗粒态有机碳和有机氮从真光层的输出通量范围分别为3.8~8.2和0.50~0.98mmol/(m2·d),西部海区高于东部海区,南部海区高于北部海区.在黑潮-亲潮共同影响区较高的颗粒态有机碳输出通量表明光照量及陆源营养盐物质的提供是两个决定生产力的主要因素.叶绿素a的水深分布和POC/PON的值同Redfield的比值的一致性表明这个海区的冬季颗粒物主要由浮游植物构成.北太平洋西北海域在冬季的颗粒有机碳输出通量可高于世界大洋一些海区春、夏季的颗粒有机碳输出通量.     

南大洋普里兹湾基于234Th/238U不平衡法的POC输出通量研究

中国第22次南极科学考察(2005年11月至2006年3月)期间,测定了南极普里兹湾海域5个站位的从表层至150 m水深的不同层位水样中溶解态和颗粒态234Th,238U的放射性比活度以及颗粒有机碳.利用234Th/238U在上层水体中的不平衡,计算了南极普里兹湾上层水体中234Th的平均停留时间和输出通量.结果显示,随着纬度的增加,上层水体中颗粒态和溶解态234Th的平均停留时间总体趋向减小,并在中纬度站位出现了最低值,分别为1~8和29~48 d,而颗粒态和溶解态234Th的输出通量则在中纬度站位出现了最大值,分别为21~38和26~39 dpm/(m3·d).运用箱型清除模式,利用两种不同的方法估算了各水柱中从真光层底部输出的POC通量,平均值分别达到104.7 mmol/(m2·d)(E法)和120.6 mmol/(m2·d)(B法),表明南极普里兹湾夏季存在很高的新生产力,它将会对该海域碳的生物泵过程产生重要作用.     

厦门湾水体中颗粒有机碳的垂向输出通量:234Th/238U不平衡的应用

对厦门湾塔角附近海域某站位叶绿素 a、POC、初级生产力、234Th/238U不平衡进行的周日变化研究表明,POC含量介于14.4～34.6 mmol/m3之间,其中碎屑有机碳与活体有机碳所占份额分别为74%～92%和8%～26%.POC垂直分布呈现由表及底降低的趋势,且白昼期间POC含量高于晚间,说明研究海域POC含量与生物过程具有密切联系.初级生产力水平在1d之中变化达5倍,垂直分布亦随深度增加而降低,与叶绿素a的变化相对应.短时间(2h)培养获得的初级生产力水平明显高于长时间培养(24 h)的结果,证实部分新固定的碳被优先呼吸排出.结合234Th/238U不平衡法获得的颗粒态234Th输出通量及输出界面颗粒物中的POC/P_Th比值,可计算出真光层 POC的垂向输出通量为16.0mmol/(m2·d),其中碎屑有机碳与活体有机碳贡献的数量分别为13.3和2.7mmol/(m2·d).POC输出通量与初级生产力的比值(ThE比值)平均为0.31,真光层POC停留时间平均为11d.上述结果与Aksnes和Wassmann[1]的模型计算结果相吻合,但与其他大多数模型的结果仍存在一定的差异.     

厦门湾水体中颗粒有机碳的垂向输出通量:~(234)Th/~(238)U不平衡的应用

对厦门湾塔角附近海域某站位叶绿素 a、POC、初级生产力、234Th/238U不平衡进行的周日变化研究表明,POC含量介于14.4～34.6 mmol/m3之间,其中碎屑有机碳与活体有机碳所占份额分别为74％～92％和8％～26％.POC垂直分布呈现由表及底降低的趋势,且白昼期间POC含量高于晚间,说明研究海域POC含量与生物过程具有密切联系.初级生产力水平在1d之中变化达5倍,垂直分布亦随深度增加而降低,与叶绿素a的变化相对应.短时间（2h）培养获得的初级生产力水平明显高于长时间培养（24 h）的结果,证实部分新固定的碳被优先呼吸排出.结合234Th/238U不平衡法获得的颗粒态234Th输出通量及输出界面颗粒物中的POC/PTh比值,可计算出真光层 POC的垂向输出通量为16.0mmol/（m2·d）,其中碎屑有机碳与活体有机碳贡献的数量分别为13.3和2.7mmol/（m2·d）.POC输出通量与初级生产力的比值（ThE比值）平均为0.31,真光层POC停留时间平均为11d.上述结果与Aksnes和Wassmann[1]的模型计算结果相吻合,但与其他大多数模型的结果仍存在一定的差异.     

不同潮时对厦门湾水体中234Th/238U不平衡的影响

厦门海水体中^234Th/^238U不平衡的时间序列数据表明，无论是溶解态、颗粒态^234Th还是总^234Th,相对于母体^238U均严重亏损，呈现出与开阔大洋水明显不同的特征。溶解态、颗粒态^234Th的停留时间介于0．5－41d之间，其中低潮时停留时间比高潮时小2－4倍，证实近岸海域具有强烈的清除、迁出作用，且潮汐变化对海域颗粒动力学特征有重要影响。^234Th停留时间与总悬浮颗粒物浓度（TSM）、Ch1.α的关系则表明，近岸海域元素的清除、迁出作用主要受陆源颗粒物输送的影响，与生物活动关系并不密切。此外，非稳态与稳态清除模型结果的对比证明，稳态模型对于具有强烈清除、迁出作用的近岸海域是适用的。     

九龙江河口区水体中238U、234Th地球化学行为的研究

对采自九龙江河口区盐度介于0～21.97的10个表层水样,铀、钍同位素的测定结果表明,九龙江河口区水体中溶解态的238U含量与盐度之间存在着良好的相关关系,其相关系数可达0.972,表明九龙江河口区水体中的238U呈现保守行为.当S=0时,溶解态234U/238U放射性比值为1.19和1.55(两份水样);而当S=0.90～21.97时,该比值=1.02～1.14,分别呈现河水及河口水铀同位素组成的特征.对于颗粒态铀,其238U含量则介于0.50～9.83×10-3Bq/dm3,且随盐度的增大而呈逐步降低的趋势.九龙江河口区水体中234Th的地球化学行为属于非保守行为,不可逆稳态清除模型计算的结果表明,当盐度介于9.76～17.07时,234Th相对于化学清除的停留时间为6～19d,远低于盐度为0和21.97所对应的停留时间(分别为203d及117d),反映了在该盐度范围内,胶体絮凝沉降对溶解态234Th的快速清除作用.     

九龙江河口区表层水铀同位素的粒级分布

利用微滤和超滤技术研究了九龙江河口区表层水中铀及其同位素组成的粒级分布和地球化学行为.结果表明,溶解态(<0.4μm)中低分子量组分(<10 000 u)占主要份额,胶体态(10 000 u~0.4μm)238U所占比例不足1%,且随盐度的增加其所占份额逐渐降低.溶解态、低分子量组分和胶体态238U的比活度与盐度之间存在良好的线性正相关关系,证实它们在九龙江河口区呈现保守行为.在颗粒态(>0.4μm)中,各粒级组分238U所占份额主要受控于相应颗粒物的浓度,在盐度小于20的区域,各粒级颗粒组分238U占颗粒态的份额有如下变化次序:10~53μm>2~10μm>0.4~2μm>大于53μm,而在盐度大于30的近外海站位,该次序发生一些变化:0.4~2μm>10~53μm>2~10μm>大于53μm,最小粒级颗粒组分238U的贡献有所增加,反映了自生铀贡献的加强.九龙江河口区表层水中溶解态(包括低分子量组分和胶体态)的234U/238U)_A.R.均大于1,显示出234U过剩的特征,而各粒级颗粒组分中的234U/238U)_A.R.则接近于平衡值(1.0).这一现象与陆地岩石风化过程中水体对铀的淋滤释出量及234U的优先浸出有关.对232Th/238U质量比的研究显示,溶解态及其所包括的低分子量组分和胶体态的232Th/238U质量比均小于1,而颗粒态及其所包括的4个粒级组分中的232Th/238U质量比均大于1,反映了向外海输送过程中铀、钍地球化学行为的差异.     

垂直集成采样法在234Th—238U不平衡研究海洋新生产力中的应用

对基于梯形积分原理的集成采样法的可行性在理论上进行了阐述,并在厦门湾和南海北部的5个站位分别采集不同深度的水样和由这些水样按一定比例混合而成的集成水样进行了现场研究,结果表明两种采样方法经不可逆稳态清除模型得出的溶解态234Th的清除通量、颗粒态234Th的输出通量及溶解态、颗粒态234Th的停留时间基本一致,证实了垂直集成采样法的可行性与可靠性。这种新的采样方案为今后充分发挥234Th法的优势,在更大空间尺度上进行新生产力的研究提供了可靠的保证。     

悬浮泥沙在长江口铀非保守行为中的重要作用

利用高精度的电感耦合等离子体质谱仪对2014年1月长江口表层水中溶解铀浓度及其234U/238U比值、2013年3月长江口表层沉积物中各矿物组分的铀含量及其234U/238U比值进行了测定,研究了其空间分布特征和影响因素。结果表明:除了长江径流和海水之外,长江口还有其他的溶解铀来源。水体中过剩铀与悬浮颗粒物浓度呈现显著相关性（r2=0.96）。对长江口表层沉积物进行的序列提取实验进一步表明,水体中悬浮颗粒物或沉积物中可解吸态和碳酸钙结合态铀可以在河口区域释放进入水体,而铁锰氧化物和有机物结合铀比较稳定,不受河口区混合过程的影响。每千克颗粒物或沉积物能够释放约2 μmol颗粒态铀,使其转化为溶解态。然而,铁氢氧化物和细颗粒物的絮凝吸附作用也可使溶解铀同时从河口水体中清除。在低盐度区,铀的清除和添加过程速率相近,使溶解铀呈现暂时的"伪保守"现象:颗粒态释放的铀具有明显低的234U/238U比值,导致水体的234U/238U低于保守混合值。在中高盐度区域,溶解铀呈现明显的富集现象。但是由于水相和颗粒相中的铀交换,可释放颗粒态铀的234U/238U接近溶解铀的234U/238U比值,从而导致水体的234U/238U比值呈现出保守性。长江口颗粒物的铀释放通量为（3.48±0.41）×105 mol/a,约占输入的总颗粒态铀通量（1.80±0.17）×106 mol/a的19.3%。长江口输入东海的溶解铀总通量（河流溶解态铀与河口添加铀之和）为（2.68±0.13）×106 mol/a,约为世界河流入海铀通量的11.7%。