陆架边缘海沉积物有机碳矿化及其对海洋碳循环的影响

边缘海沉积物是海洋重要的碳储库,其内部的碳循环主要是由有机质矿化分解过程来驱动的。有机碳进入边缘海沉积物后,矿化分解为溶解无机碳(DIC)进入沉积物孔隙水并扩散到上层水柱,参与海洋系统碳循环;同时还有部分DIC与钙镁等离子结合形成自生碳酸盐,保存于沉积物碳库。从生物地球化学角度探讨有机质埋藏机制和效率,在此基础上重点综述沉积物硫酸盐还原、产甲烷和甲烷厌氧氧化过程的耦合机制,以及有机质矿化对自生碳酸盐形成的影响等方面的研究进展,以期加深对陆架边缘海沉积物在全球碳循环收支平衡中的作用及其气候环境效应的认识。     

长江口区有机碳同位素地球化学

本文将有机碳稳定同位素方法用于研究长江口和东海中的颗粒有机碳的来源和运移。洪水期中采集的颗粒有机碳的δ~(13)C范围为—25.4——19.7×10~(-3),这说明在河口区中河流有机碳与海洋有机碳的混合作用。枯水期样品δ~(13)C值的范围是—26.6——23.7×10~(-3),表明陆源有机碳占优势。东海陆架区沉积有机碳的δ~(13)C值呈现出一个较窄的数值范围(—22.9——20.8×10~(-3)),说明它们主要是海洋性来源。     

泥炭沼泽源酚酸对铁有机复合体的溶解作用及其环境意义

泥炭沼泽是具有全球意义的湿地类型,研究泥炭沼泽源酚酸对铁有机复合体的溶解作用有助于深入了解铁碳耦合地球化学循环过程.以中国东北金川泥炭沼泽为研究对象,提取了泥炭腐殖质,并实验合成了铁有机复合体及一系列的铁氧化物.选择原儿茶酸、咖啡酸和没食子酸等代表性泥炭沼泽源酚酸对铁有机复合体以及铁氧化物等系统开展了不同条件下的溶解试验.结果表明酚酸对无定型的水铁矿和新合成的铁有机复合溶解能力相对较弱,而对结晶态的赤铁矿、针铁矿和老化后的铁有机复合体的溶解能力较强.pH值、酚酸浓度和铁氧化物自身的结构和组成都对铁矿物的溶解作用产生影响.反映了铁有机复合体在酚酸溶液体系中比无机铁氧化物更稳定,这与泥炭沼泽中有机结合态铁比例较高、而普通矿质土壤中结晶态铁氧化物占比更大的事实相吻合.证明了铁有机复合体是泥炭沼泽中影响铁碳循环耦合的关键载体.泥炭沼泽中铁碳作用十分复杂,既能以铁有机络合物形式向海洋等水生生态系统输出大量的溶解性铁,也能通过铁有机复合体的形成促进泥炭沼泽有机碳的保存,进而影响全球铁碳循环耦合,具有重要的生态环境意义.      

泰国湾百年来有机碳埋藏记录及环境响应

受热带季风气候和周边陆源输入的影响,低纬泰国湾海—陆相互作用强烈,是研究海洋沉积有机碳与陆源输入、海洋初级生产力等气候环境变化响应关系的理想区域.通过对泰国湾泥质区T43柱样中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、稳定碳同位素(δ13C)以及粒度等指标的分析,基于210Pb建立的高分辨年代地层框架,重建了该区百年来有机碳的...     

铁介导的土壤有机碳固持和矿化研究进展

铁作为有机碳矿物保护的核心元素之一,不仅对土壤有机碳库的结构及其稳定性有重要影响,其氧化还原动态变化也驱动着有机碳的周转过程。从铁介导的有机碳固持机制、铁结合态有机碳稳定程度的影响因素以及铁氧化还原过程驱动的有机碳矿化机制3个方面对铁—碳耦合关系进行了梳理分析。首先,铁介导的有机碳固持机制主要取决于自身的矿物学特性,能够通过吸附、络合、共沉淀和夹层复合等方式形成铁结合态有机碳,从而对有机碳起到直接的矿物保护作用。此外,铁氧化物还可以作为胶结剂促进团聚体形成,或通过改变环境pH进而间接保护有机碳。其次,铁结合态有机碳的稳定性主要受其自身性质（铁的矿物学特征、碳铁比、与有机碳的结合方式）、铁还原菌的种类以及小分子有机物的影响。第三,铁介导的有机碳矿化过程主要包括铁异化还原介导的有机碳矿化过程,以及由Fe（Ⅱ）化学氧化驱动的芬顿/类芬顿反应所生成的羟基自由基导致的非选择性有机碳矿化过程。但是,铁氧化物也能通过与外源输入碳复合形成铁结合态有机碳从而抑制土壤有机碳的矿化,以及通过降低酚氧化酶活性而减缓有机碳的矿化速率。因此,铁氧化物的矿物学特性和氧化还原敏感性对土壤有机碳的累积具有重要影响。最后...     

黄渤海有机碳的分布特征及收支评估研究

陆架边缘海是陆海相互作用研究中最为关键的区域,也是全球重要的碳储库,在区域物质循环过程中发挥着重要的作用。基于2012年5月和11月对黄渤海海域的综合调查,对该海域水体和沉积物中有机碳的含量与分布进行了分析,并结合相关文献资料对黄渤海有机碳的收支进行了估算。主要结论为:黄渤海溶解有机碳和颗粒有机碳均呈近岸河口区域高、离岸低的分布趋势;有机碳的组成以溶解有机碳为主,颗粒有机碳由海洋自生的有机碳和陆地来源的有机碳组成;黄渤海沉积物有机碳高值区主要分布在河口和泥质区,其组成也是由海洋自生和陆源混合而成,其中渤海以陆源为主,而黄海以海源为主。黄渤海有机碳收支评估表明,有机碳的主要来源为初级生产力产生的有机物,其贡献为(6 760±971)×104t/a,占有机碳输入总量的(74±10)%,沉积物再悬浮的通量为(884±200)×104t/a,东海向黄海输入的通量为(679±107)×104t/a,河流及陆源输入的通量为(643±63)×104t/a,大气干湿沉降的通量为(141±39)×104t/a,其贡献分别占有机碳输入总量的(10±2.2)%,(7.5±1.2)%,(7.0±0.7)%和(1.5±0.4)%;黄渤海有机碳的主要支出为呼吸消耗,其贡献为(5 190±746)×104t/a,占有机碳输出总量的(57±8.2)%,黄海向东海输出的通量为(2 150±370)×104t/a,有机碳沉积通量为(1 030±225)×104t/a,有机碳降解通量为(737±191)×104t/a,其贡献分别占有机碳输出总量的(24±4.1)%,(11±2.5)%和(8.0±2.1)%。有机碳收支评估表明黄渤海有机碳以海洋自生来源为主,且具有潜在碳的"汇"的特性,水体中外源输入和海洋自生有机碳的(1.6±0.3)%埋藏于该海域内。     

贵州新民剖面晚二叠世碳同位素变化特征及有机碳埋藏的意义

根据碳循环模式,通过无机碳和有机碳碳同位素记录,半定量-定量地计算了贵州新民剖面晚二叠世有机碳埋藏分数forg,同时结合表征古海洋初级生产力的疑源类、藻类与菌孢的丰度值,详细分析了有机碳埋藏分数forg、古海洋生产力与岩石中保存的残余TOC之间的耦合关系。该研究发现新民剖面晚二叠世初级生产力较有机碳埋藏分数forg对残余TOC的贡献更大。但这一结果仍需进一步论证:新民剖面和煤山剖面forg与δ13Ccarb的高度相关性暗示forg主要受控于δ13Ccarb,而在Kump碳循环模型中忽略了晚二叠世火山活动对无机碳同位素组成的重要影响。     

岩石有机碳风化及其控制因素

岩石有机碳为岩石地层中的有机碳,是地球上重要的碳储库。岩石有机碳的氧化、风化过程向大气排放二氧化碳,是地质碳循环过程的关键环节,对维持地球长尺度碳平衡以及表层环境的长期宜居性有重要意义。近年来,岩石有机碳氧化、风化过程的研究取得了显著发展,相关研究已经从剖面拓展到流域尺度,定量方法也在日益精确。本文系统综述了近些年国内外针对岩石有机碳自身结构性质、风化速率定量方法、控制因素和风化通量统计等问题的研究现状,以期对全球范围内岩石有机碳风化在研究地质碳循环过程中的关键性和当前进展及发展趋势有更加系统性的认识,并对相应的关键性科学问题进行更加深入系统的研究。     

古海洋活性铁循环研究进展及对白垩纪缺氧 富氧 沉积转变的启示

铁作为地壳中丰度最高的元素之一,广泛参与到一系列地球化学循环中。现代海洋中的铁主要来源于河流、冰川和风的铁氧化物颗粒和溶解铁的输入。陆源输入的铁氧化物在有机质埋藏、降解的早期成岩作用过程中,发生一系列转化过程而埋藏下来,该过程被称作活性铁循环。氧化 强氧化条件利于沉积物中氧化铁的持续产生或者至少保持不被溶解的状态,从而形成棕色-红色沉积物;还原条件利于沉积物中铁氧化物的溶解,形成菱铁矿、黄铁矿(铁硫化物) 等形式的埋藏,并可能造成溶解铁在海洋内的迁移。Raiswell、Canfield、Poulton等通过对现代典型海洋环境活性铁循环研究,提出了一系列用于判别古海洋氧化 还原条件的活性铁指标体系,并成功地将太古宙以来的古海洋划分成为含铁的大洋、硫化的大洋和氧化的大洋等3个演化阶段。由于活性铁的不同形态对磷具有不同的生物地球化学效应,将造成“氧化条件下磷的优先埋藏、缺氧条件下优先释放的现象”。磷是海洋生产力的限制性元素,铁和磷循环的上述耦合关系将造成“缺氧的大洋生产力越高,富氧的大洋生产力越低”现象的出现。目前已在白垩纪古海洋缺氧 富氧沉积中初步证实了上述反馈关系的存在,但是对活性铁埋藏形式对该特殊沉积的贡献还需要进一步的工作。     

有机碳和有机分子碳同位素的地球化学意义

有机碳和有机分子碳同位素组成的研究不仅在沉积地层对比，油－油，油－源对比研究方向发挥了独特作用，而且在古气候，古环境研究方面更具有广阔的应用剪影。开展对全球气候变化及全球碳循环有重要意义的有机碳碳同位素组成及分布研究和对生物演化，恢复古生态，古环境有重要意义的化石及沉积物中有机分子的碳同位素成及分布研究已势在必行。     

东海内陆架有机碳的源—汇过程及其沉积记录

大陆边缘海是不同来源、不同性质有机碳沉积和埋藏的主要场所,在全球碳的生物地球化学循环过程中具有重要地位.东海内陆架接收大量陆源有机碳,并且具有较高的海洋生产力,是研究沉积有机碳来源、输运和埋藏的理想场所,已取得大量研究成果.在对相关文献进行系统整理的基础上,以沉积学的视角对前人研究成果进行了梳理,旨在为后续相关研究提供...     

胶州湾李村河河口区沉积物有机碳、酸可挥发硫化物及重金属元素的环境响应

通过多种仪器分析,测定了胶州湾李村河河口区4个沉积物柱状样品的有机碳（TOC）、酸可挥发硫化物(AVS)及重金属元素活性部分（活性金属）的含量,并系统讨论了其环境响应特征。研究发现,胶州湾李村河河口区三角洲沉积物中的有机碳、AVS和活性金属元素的分布受与河口的距离及沉积相带分布的影响。近河口细粒物质沉积区域的有机质受陆源控制,有机碳含量较高,AVS和活性金属元素含量高,活性铁的含量是AVS形成的主控因素,同时AVS也是多数活性金属元素在沉积物中的主要赋存形态。而离河口较远区域,有机碳含量受海、陆双向物源控制,AVS含量主要受控于有机质含量,两者含量均相对较低,活性金属元素含量也较低,多数金属元素（Cd、Cr、Cu、Mn、Pb、Zn等）主要以依附于铁的形态存在。根据上述沉积特点,将胶州湾李村河河口区沉积环境划分为3类区域5种类型,分别是一类区域中的水下分流河道和分流间湾,二类区域中的水下分流河道和分流间湾及三类区域中的前缘席状砂。     

海洋浮游植物溶解有机碳释放研究进展

溶解有机碳(DOC)是海洋中最大的有机碳库,其中化学性质不稳定的成分大部分来自海洋浮游植物的释放。简要回顾了浮游植物溶解有机碳释放研究的发展历史,从光合作用合成的溶解有机碳(PDOC)释放占初级生产力的比重,PDOC的化学组成,浮游植物DOC释放的途径与机制,PDOC释放的环境调控,浮游植物群落组成对PDOC释放的影响,以及浮游植物释放DOC对异养细菌的生态意义等方面对相关研究进行了综述和分析。讨论了浮游植物溶解有机碳释放研究的现状和存在的问题,并对PDOC初级生产力测定的推广和相关研究的深化提出建议。     

海洋碳汇对气候变化的响应与反馈

海洋碳汇对气候变化的响应与反馈是一个系统的科学命题,也是当前国际地球系统科学领域的前沿热点问题,需要通过微观与宏观结合、古今链接、多学科交叉融合进行深入研究。在我国科学家发起的海洋生物地球化学"戈登科学前沿论坛"(Gordon Research Conferences,GRC)首届论坛上,以海洋生物泵(Biological Pump,BP)、微型生物碳泵(Microbial Carbon Pump,MCP)以及碳酸盐泵(Carbonate Counter Pump,CCP)等海洋储碳机制为核心,深入研讨了海洋碳汇的过程与效应,起到了引领国际海洋学科发展方向的作用。国内学界也积极行动起来,在第四届地球系统科学大会上组织了海洋碳汇专题,从古海洋碳汇、现代海洋碳循环及海洋碳汇的生物海洋学过程3个方面开展研讨。海洋微型生物生态学过程与海洋碳汇以海洋浮游植物、细菌、古菌、病毒以及不同微型生物间的互作为切入点,探讨了微型生物的储碳和固碳作用的过程及其与全球气候变化的关系。古海洋碳汇方向的报告在时间尺度上跨越了从18~8亿年前的中元古代到距今2.5 Ma的第四纪,涵盖了包括古海洋碳汇形成的古海洋环境、古海洋碳汇的生态环境效应等前沿科学问题;古海洋碳汇的报告为现代海洋碳汇研究提供了有益的借鉴,并有助于本领域科学家对海洋碳汇的历史演化观的认识。现代海洋碳循环过程方面,专题报告结合时间梯度和空间梯度,以南海珊瑚礁碳循环源汇争议为代表,探讨了碳循环中的初级生产力、溶解有机碳的来源与有机碳的降解等过程,对现代海区和全球变化背景下海洋的源汇评估提出了新的想法与研究方向。     

蓟县下马岭组菱铁矿的成因及古海洋意义

蓟县铁岭子村附近新出露的下马岭组下部黑色岩系中富含菱铁矿,对这些菱铁矿形成机制的认识直接关系到对下马岭期乃至中元古代古海洋氧化还原状态和地球化学性质的判断.文中利用碳同位素对其成因加以制约,进而反演该时期的古海洋环境.结果显示,研究区菱铁矿的δ13C的变化范围为-19.2‰～-7.8‰,平均约-15.0‰,明显富集碳的轻同位素.根据自然界中不同碳库的碳同位素组成特征,判定这些菱铁矿中的碳主要来源于有机碳.虽然海洋中大量有机质被氧化释放出富12C的CO2溶解于海水后可直接沉淀出轻同位素富集的碳酸盐岩,但这往往要求极端氧化的水体环境,而这种情况下并不能形成菱铁矿沉淀,因此认为研究区菱铁矿应是成岩过程中由有机质降解产生的CO2与孔隙水中的Fe2结合的产物.海洋中的铁首先以氧化铁或氢氧化铁的形式沉淀下来,并与有机质一起埋藏于海底缺氧带中,后在成岩过程中发生氧化还原反应,三价铁作为氧化剂氧化有机质使之生成CO2,有机质则作为还原剂将三价铁还原为二价铁,二者结合即构成菱铁矿.同时,有机质热脱羧反应提供的CO2保证了更多的二价铁以菱铁矿的形式保存在地层中.海洋中铁的沉淀形式表明,至少在燕辽海盆,下马岭期古海洋已呈现广泛氧化状态,其氧化程度足以将海洋中的铁氧化为三价铁.同时,地层中的硫含量极低,说明该时期古海洋贫硫.然而下马岭期燕辽海盆广泛氧化、贫硫的古海洋特征不同于传统的分层海洋模式,对此有必要进行更深入系统的研究.     

河流碳输移与陆地侵蚀-沉积过程关系的研究进展

河流碳输移与陆地侵蚀-沉积过程紧密相关。首先就机械和化学风化两种不同的陆地侵蚀机制在提供河流碳源方面所发挥的不同作用作了详细论述,并比较了季风流域和非季风流域间河流碳输移在通量及性质上的差异。之后对陆地碳沉积机制进行了归纳,指出了包括大坝截留,河漫滩、河口-近岸带沉积及陆地碳沉降等几种可能的陆源碳踪迹。陆地环境的截留效应相对于侵蚀尚不太清楚,今后应加强对陆地碳沉积的研究,进一步明确各种碳沉积的作用机制及其对全球陆地碳汇的贡献量。此外,人类活动对陆地侵蚀-沉积过程及河流碳循环所产生的直接或间接的影响也有待于今后继续深入探索。     

今生颗石藻的有机碳泵和碳酸盐反向泵

海洋今生颗石藻同时具有有机碳生产和钙化作用两个过程，对海洋碳的生物地球化学循环具有重要作用。今生颗石藻通过有机碳泵（生物泵）和碳酸盐反向泵调节大气p(CO₂)，最终影响全球的气候变化。介绍了今生颗石藻对全球气候变化的影响，重点讨论其碳酸盐反向泵过程，从今生颗石藻碳酸盐反向泵的生理学基础、钙化作用与光合作用的耦合机制、全球气候变化下今生颗石藻的有机碳泵和碳酸盐反向泵耦合机制改变等几个方面进行了描述。对中国近海今生颗石藻的研究进行了展望。     

西北太平洋深海有机碳埋藏演化及其气候环境意义

西北太平洋发育差异显著的亚极涡和亚热涡海洋环流体系，具有不同的沉积源汇过程，可能影响海盆尺度有机碳的埋藏演化。本文通过系统整理亚极涡和亚热涡内深海沉积记录资料，建立了30 ka以来西北太平洋不同纬度深海有机碳(TOC)的埋藏演化记录，并探讨其控制因素。结果表明，受生产力、水体氧化还原条件和矿物保护等因素的影响，TOC埋藏通量(Mass Accumulation Rate, MAR_TOC)呈北高南低分布态势。末次冰消期亚极涡区MAR_TOC高值可能与水体层化减弱、垂向混合增强而导致的生产力较高有关，而末次冰期亚热涡区MAR_TOC高值则可能与风尘输入增强和底层水体相对还原有关，更利于有机碳的沉积和保存。此外，有机碳在深海的沉积埋藏过程和机制与矿物作用等密切相关，例如矿物压舱作用或更有利于亚极地高纬度深海有机碳的沉积埋藏。本研究有助于系统认识不同纬度深海有机碳埋藏保存的控制机制及其气候环境意义。     

典型水生植物对岩溶水生生态系统无机碳稳定性影响研究

碳循环研究是全球变化科学中的研究重点, 其平衡问题已成为全球变化与地球科学领域的研究前沿和热点。“遗失汇”是全球碳收支研究的重点, 寻找和揭示其存在机理对研究全球碳循环具有重要意义。在全球碳循环研究中, 仅考虑海洋碳库和陆地生态系统碳库对全球碳循环的贡献, 然并未对地球岩石圈中碳酸盐岩碳库作充分评估。以袁道先院士为首的研究团队, 利用石灰岩溶蚀试片法(Carbonate-rock-tablet-test method)、水化学法(Hydrogen-discharge method)和扩散边界法(Diffusion Boundary Layer Model, DBL)首次估算了全球每年因碳酸盐岩溶蚀作用产生的碳汇量其约占当前碳循环模型中“遗失汇”的约1/3。     

全球变化科学中的碳循环研究进展与趋向

全球碳循环研究是全球变化科学中的研究重点之一,在过去的研究中已取得了长足的发展,但对碳源和汇的定量研究还是今后需要进一步加强的工作。综述了近年来全球碳库储量研究的主要进展,分析了岩石圈、陆地生态系统、海洋、大气以及人类社会等碳库的储量、在全球碳循环中的地位及其作用机制,针对与全球升温事件密切相关的人为碳排放问题专门作了论述,并结合最新的研究成果,对"未知汇"问题的新的研究方向作了阐述。碳循环研究已经进入一个新的发展时期,国际科学组织与各国政府对碳循环研究的关注与投入正逐步增加,但其关注的内容并不一致。分别以地球系统科学联盟的全球碳计划和美国的北美碳计划为例,介绍了国际碳循环研究的重点与趋势。最后提出了今后全球碳循环研究需要关注的一些领域：陆地碳循环机理与源汇定量研究;海洋大尺度碳循环及其机理研究;人类社会在碳循环中的作用研究等。