全球海水剖面Fe同位素组成的不均一性及其影响因素

全球海水剖面Fe同位素组成存在显著不均一性.对大西洋洋中脊、大西洋近海岸带、东太平洋和西太平洋弧后扩张中心多个站位的海水剖面溶解Fe浓度和Fe同位素组成进行了综合分析,得出以下主要认识:（1）不同区域的海水剖面溶解Fe浓度和Fe同位素组成呈现不同的变化特征,海水Fe同位素的变化趋势与海水溶解氧浓度变化一致,而与海水溶解Fe浓度呈镜像变化关系;（2）不同深度的海水溶解Fe浓度和Fe同位素组成特征的主要控制因素不同.表层海水受到大气降尘、生物作用影响呈现富重Fe同位素特征,受河流的影响Fe同位素组成偏轻;深层海水主要受到深海沉积和海底热液活动的影响,其中沉积物中的非还原溶解Fe导致海水富集重Fe同位素,而受洋中脊热液流体影响的深部海水显著富集轻Fe同位素;（3）将目前已知海底热液溶解Fe通量最小值（0.5 Gmol/a）作为全球大洋的热液溶解Fe通量,利用不同来源的溶解Fe同位素与其通量间的关系估算海底热液对海洋的Fe循环的贡献为~5.5%.由于海底热液流体的Fe通量可能远大于0.5 Gmol/a,因此,海底热液活动对海洋溶解Fe的贡献可能远超过前人的估算结果（6.0%）.      

北欧海深层水的研究进展

北欧海作为联系北大西洋和北冰洋的纽带,在全球气候系统中具有重要作用。受冷却等作用的影响,北欧海上层海水下沉形成中层水和深层水。该部分海水向南输运,以溢流的形式进入北大西洋深层,是在全球大洋输送带中具有关键性作用的北大西洋深层水的重要来源。通过综述国内外关于北欧海深层水的研究历史和研究现状,剖析了北欧海深层水形成的重要物理过程,分析了影响北欧海深层水的可能因素和物理过程、北欧海深层水的输运过程以及北欧海深层水近年来的变化趋势,为开展相关研究提供参考。     

研究发现:海脊影响暖洋流系统

水下海脊能够限制并影响大洋底部密度大的冷水流。如果没有海脊,深层海水可以自由流动,并加速海洋环流和海洋表面的暖洋流。海洋表面的暖水使得海冰的形成比较困难。没有海冰反射阳光,表面的水会吸收更多的阳光,进一步变暖。美国地质调查局的科学家们回顾了300万年到中上新世暖期的海水温度变化,研究了北大西洋的格陵兰—苏格兰海岭对表面水温的影响。美国地质调查局的科学家Marci Robinson指出:中上新世暖期的北大     

等积体在全球大洋中的空间分布及其古环境意义——国际大洋钻探计划对全球等深流沉积研究的贡献

等积体是海洋沉积最重要的类型之一,通常记录了长期的高分辨率古环境和古海洋演化信息,同时对海洋工程和油气开发等领域具有重要意义。通过对全球大洋进行钻探取芯和地球物理勘探,国际大洋钻探计划,尤其是最新阶段的"综合大洋钻探计划(IODP)"和"国际大洋发现计划(IODP)",在理解等积体的全球分布特征及其揭示的古环境和古海洋演化信息方面做出了巨大的贡献。研究显示,等积体在全球大洋中的空间分布主要受大洋深层环流的影响,但在特定海区的沉积和分布则受到构造活动、深层海流强度和沉积物供应等多种因素的影响。全球深层海流强度的变迁则受到气候变化,如新生代全球变冷、北半球冰盖扩张、季风强度演变以及构造活动和水团来源等因素的影响,不同海区的主要影响因素也有所不同。     

正在发展的全球海洋生态系统动态研究计划（GLOBEC）

人类赖以生存的地球环境正在以前所未有的速度发生变化。预计在今后的年代里,人类活动的影响幅度将大于自然界的影响幅度。因此,80年代以来,研究全球变化就成为国际科学活动的重要内容之一。由于海洋作为地球水圈的主体,在地球气圈、水圈、岩石圈和生物圈的相互作用中,起着控制地球表面环境和生命特征的作用,因而产生了许多与海洋科学有关的大型国际合作研究计划,如国际地圈生物圈计划(IGBP)中的全球海洋通量联合研究(JGOFS)、海岸带海陆相互作用(LOICZ)、全球海洋真光层研究(GOEZS)、热带海洋与全球大气计划(TOGA),全球海洋环流实验(WOCE),海洋科学与生物资源(ISLR)和全球海洋     

我国海洋科学领域的全球变化研究进展

简要介绍了属于海洋科学研究领域中的全球变化研究计划,重点介绍了我国在热带海洋和全球大气（TOGA）、世界大洋环流试验（WOCE）、全球海洋通量联合研究（JGOFS）和海洋PAGES研究中所开展的工作及其研究进展。     

大洋中溶解态镉与磷酸盐的相关关系及关键控制过程

大洋中溶解态镉(Cd)与磷酸盐(PO₄)存在相关关系,常被用来反演古海洋生产力的变化。基于国际海洋研究计划“痕量元素及同位素的海洋生物地球化学研究”(GEOTRACES)2023年公布的数据集产品IDP2021v2以及近40年发表的相关文献,综述了大洋Cd-PO₄线性相关关系的提出、不同海盆Cd-PO₄关系汇总以及影响其相关性因素的最新研究进展。大洋Cd-PO₄线性相关关系受多种因素影响,总体呈现双线性相关的特征。不同水深影响其相关关系的关键海洋生物地球化学过程不同：上层水(<200 m)主要为浮游植物的吸收,中层水(500～1 000 m)为颗粒态Cd与磷酸盐的再矿化与水团混合,深层水(>1 500 m)则主要为水团混合。其中,起源于南大洋的南极中层水与南极深层水向北的运移对全球大洋中深层水的Cd-PO₄值的分布具有重要意义。     

南海北部神狐海域地质环境综合调查及科学意义

在南海北部神狐海域水合物活跃区域开展了一次综合的海洋地质、物理海洋和生态环境调查,10个站位分布在水深1 000~4 000 m范围内的陆坡和深水盆地区域,是南海北部油气活跃的重要区域和天然气水合物试采区域.航次主要对10个海底站位进行了表层沉积物箱式和重力活塞柱状取样.针对天然气水合物试采区域,开展了一台"海燕"水下滑翔机的海洋物理环境连续走航剖面观测.利用海底地震仪在两个站位开展了连续海底地震和微振动观测.进行了站位的分层水体和沉积物样品中微生物学实验研究.初步航次结果展示了沉积物为黏土和软泥.站位和水下滑翔机走航观测提供了水体内海洋物理环境参数变化特征.海底地震仪观测展示了研究区天然地震活动和可能与水合物活动有关的微震动和短持续事件记录.微生物学实验揭示了沉积物中的微生物细菌群落特征.      

与全球变化有关的几个北极海洋地质问题

极地区域是全球变化研究的重点区域 ,在北极地区与全球变化有关的地质问题主要是北极地区的海陆变化对全球变化的影响 ,以及全球变化在地层中的记录。这涉及到北极形态变化及与其它大洋沟通的水道开闭情况 ,地形起伏对大气、大洋环流的影响 ,地壳升降与海平面变化对河流流量和海岸稳定性的影响 ,气体水合物及有机碳等变化对全球碳循环的影响 ,以及这些影响与气候变化信息在极地沉积物中的记录。文章在对上述影响及海洋地质研究状况进行探讨后 ,又简要介绍了中国的首次北极考察海洋地质研究状况     

印度尼西亚海与印度尼西亚贯穿流研究概述

概述过去30年间与印度尼西亚海和印度尼西亚贯穿流有关的海洋动力学方面的研究进展。印度尼西亚海处于海洋大陆的中心地带,衔接西太平洋和印度洋的暖池,是影响大气环流的关键海域;而通过印度尼西亚海多个连通海峡从太平洋进入印度洋的贯穿流,对维持全球大洋热盐分布和平衡起着关键的作用,影响着全球大洋环流的结构及长期的气候变化。基于大...     

全球冰-海洋耦合模式的海冰模拟

海冰是全球气候系统的重要分量 ,与大气和海洋的相互作用 ,直接影响大气环流和海洋环流 ,对气候及其变化具有重要影响。文中依据冰、海洋间的热力、动力耦合相互作用 ,改进冰海洋热力耦合方案 ,利用由中国科学院大气物理研究所的 30层海洋模式和基于Flato空化流体流变学的海冰动力模式和Hibler表面热收支平衡的零层海冰热力模式 ,建立全球冰海洋耦合模式。利用大气月平均气候资料 ,利用冰海洋耦合模式对全球海冰的分布及其季节性变化、海冰漂移进行了耦合模拟和分析。模拟的南半球海冰分布及季节变化与实际分析资料非常接近 ,比 2 0层冰海洋耦合模式的结果有显著改进。北半球海冰范围偏小 ,但季节变化的量值与实际相当一致。模拟的海冰速度场反映了南、北半球海冰漂移的主要特征 ,如北极的穿极漂流和南大洋的绕极环流等。对海冰密集度的分析表明 ,模拟结果得以改进原因在于改进的冰海洋热力耦合方案增强了融冰期冰海洋耦合系统海洋热通量增加—密集度减小—能量收支增加的正反馈机制。     

温盐环流反转及其对新生代气候的影响

温盐环流是由海水温度、盐度差异驱动的全球洋流循环系统。在气候系统中,它对全球热量输送起到了十分重要的作用。在亚轨道尺度(千年时间尺度)上,温盐环流的改变导致了一系列快速的气候变化,因此备受关注。在构造时间尺度(百万年时间尺度)上,古海洋记录和数值模拟揭示出,温盐环流的反转对新生代气候也产生了非常显著的影响。在新生代,温盐环流由“南大洋深层水主控型”向“北大西洋深层水主控型”反转。这一反转改变了全球的热量输送,使得南半球强烈变冷,并有可能导致南极东部永久冰盖的形成。在这一反转事件中,热带海道的作用更加重要。     

全球海洋硅循环及研究中面临的主要挑战

海洋硅循环是海洋生物地球化学循环的关键过程之一,对调控全球二氧化碳浓度、海洋酸碱度和多种元素(氮、磷、铁、铝等)的循环具有重要作用。在当今气候变化和人类活动影响日益增强的背景下,硅循环与“生物泵”及碳循环的紧密联系,是其成为地球科学领域研究热点的主要原因。海洋中硅的外部来源主要为河流、地下水、大气沉降、海底玄武岩风化作用和海底热液输送5个途径,在全球气温变暖趋势的影响下,极地冰川融化成为高纬度海域不可忽视的硅源。生物硅在沉积物中的埋藏、硅质海绵和生物硅的反风化作用是重要的海洋硅移除过程。海洋硅循环过程复杂,受生物(生物吸收、降解)、物理(吸附、溶解)和化学(矿化分解和反风化作用)多重因素的影响,针对海洋硅循环关键过程的研究有助于综合评估海洋硅的“源-汇”和收支。本文总结了海洋硅循环的主要过程及海洋硅的收支,根据国际和国内研究现状讨论了当前海洋硅循环研究中面临的主要问题和挑战。现有研究成果显示,海洋硅的外源输入和输出通量比以往的评估分别增加了2.4和2.2倍。在短时间尺度内(<8 ka),全球海洋中硅的收支大致平衡,海洋硅循环基本处于稳定状态。气候变化和人类活动导致河流输送至陆架边缘海的硅通量发生变化,可能影响硅藻等海洋浮游植物种群结构,是未来海洋硅循环研究需要关注的问题之一。陆架边缘海较高沉积速率和强烈的反风化作用提高了该区域生物硅的埋藏效率,准确评估该区域生物硅的埋藏通量仍是亟须解决的难题。目前的研究评估了全球海洋浮游硅藻、硅质海绵以及放射虫生产力,而海洋底栖硅藻生产力的贡献受到忽视,未来需要关注底栖硅藻对生物硅的贡献及其在海洋硅的生物地球化学过程中的作用。     

白垩纪“温室”气候与海洋

白垩纪典型的"温室"气候和海洋一直是地学界关注的焦点之一.与现今地球"冰室"状态相比,温室状态下的气候和海洋遵循着不同的运行模式.本文在近年来取得的大量同位素、古生物以及气候和海洋模拟实验数据的基础上,评述了白垩纪古气候和古海洋研究中取得的重要进展.化石氧同位素数据揭示白垩纪全球平均气温比现今高3～10℃,海洋纬向温度梯度仅0.15～0.3℃/1°,全球海洋结构和大洋环流可能与现今完全不同,大洋环流的驱动很可能是盐度变化而不是温度差异.白垩纪深水沉积显示出从早白垩世碳酸盐台地相、含黑色页岩夹层、黑色页岩和大洋红层大规模出现一直到晚白垩世整体以大洋红层为主的转变.对该沉积转变机制及其与古海洋、古气候关系的研究正是IGCP463/494的主要科学目标.     

基于中等复杂地球系统模式的全新世 气候突变事件模拟试验*

全新世暖湿气候背景下的代表性气候突变是发生在约8.2kaB.P. 和4.2kaB.P. 的气候突然变冷变干的事件。对于气候突变事件的出现,海洋环流被普遍认为是其中的关键环节。科学家们利用不同类型的气候模式进行过个例和机理模拟试验,但还未能对气候突变机理做出合理的解释。本研究使用一个中等复杂程度的地球系统模式EMIC ( Earth-system Models Intermediate Complexity) MPM-2,模拟研究了全新世气候背景下北大西洋区域,淡水强迫机制作用对温盐环流以及全球气候的可能影响、气候系统响应和恢复时间特征以及南北半球的差异。模拟结果表明海洋对北大西洋淡水通量异常的强度响应敏感,海洋环流对热量和盐份的输送与淡水通量异常强度之间的平衡决定了温盐环流能否对淡水强迫产生不可逆转变,当淡水通量异常达到某一阈值后可能引起海洋和气候平衡态的改变。同时还发现,在气候变化过程中,两次淡水通量异常对海洋和大气系统的强迫作用是不同的,首次淡水通量异常对气候平衡态的影响要远大于其后的淡水通量异常。模拟结果还表明,北大西洋海洋的异常状况可以通过海洋、大气等各圈层相互作用传递到不同圈层和空间区域,在南北半球出现不同的响应特征。上述模拟结果对于认识全新世气候变化特征、不同突变事件之间的关系及其对现代气候的可能影响具有启发意义。     

大洋环流模式的温盐表面边界条件处理及其影响研究评述

对常用的大洋环流模式温度和盐度的表面边界条件处理方案进行了总结,在此基础上,讨论了不同处理方案对大洋环流变化模拟结果的影响,指出了不同边界条件各自的适用范围。较为典型的温度边界条件包括Haney型边界条件、Rahmstorf等恢复型边界条件、Schopf零热容量条件以及通量条件;盐度边界条件主要包括恢复型边界条件、通量型边界条件以及自然边界条件。边界处理方案之不同,不仅影响到模式气候态和年际变率的模拟,还影响到一些典型大洋环流变化现象的模拟结果,如极地盐跃层突变现象、海洋层结强烈翻转的冲刷现象、热盐环流的多平衡态现象以及淡水冲击对热盐环流的影响等问题。     

海洋中氟氯烃的研究进展

研究海洋中的氟氯烃对全球气候变化和海洋环流的研究有重要意义.氟氯烃不仅是温室气体,还破坏大气平流层中的臭氧,也是近代海洋科学研究的有效工具,可以作为化学示踪剂,广泛用于示踪海洋环流、水团运动混合过程、海洋通风过程,测定水团年龄、海水混合和循环速率以及海气交换速率等的研究.对过去几十年海洋中氟氯烃的研究进展进行了评述,介绍了海水中氟氯烃的分布特征与通量研究、氟氯烃在海洋中的应用及分析方法,同时简述了大气中氟氯烃的分布特征.概述了该研究领域有待进一步研究的问题.     

热液柱温度异常与地球化学异常研究

现代海底热液活动(Modem Seafloor/Subma-rine Hydrothermal Activity)是普遍发育于海底活动板块边界和板内火山活动中心的一种自然现象,它是大洋与地壳之间能量和质量交换的主要执行者,其产生的巨大热量是不可忽视的能量来源,Lowell等.(1995)的初步计算表明海底热液活动传送的热量占地球总热通量的25%.现代海底热液活动的一个突出表现是高温的热液流体从海底喷出,被周围的海水稀释104～105倍(Lupton等,1985).在热液流体和周围海水混合过程中,发生一系列的沉淀和氧化反应,充满颗粒物的热液柱上升几百米甚至1000m(Gendron等,1993),然后向侧面扩张,最终形成一个明显的具有好几千米空间尺度的水文和物理化学层,这为我们寻找海底热液多金属硫化物和新的热液喷口位置提供了一个放大镜.在对海底热液活动的调查研究过程中,人们逐渐认识到热液流体与大洋沉积物和玄武岩之间的相互作用、热液柱中各种元素的迁移、沉降和吸附等地球化学行为是影响化学元素全球循环的重要因素.     

极地地质钻探研究进展与展望

南北极在全球海平面变化和碳循环中扮演着关键角色,并蕴藏着地球如何从新生代初期的温室转向现代冰室演变过程的关键信息,因而成为地球科学研究的热点地区。极地地质钻探计划(如DSDP/ODP/IODP/ICDP)研究所取得的成就令人瞩目,刷新了人类对过去全球变化的认识,成为探究地球气候系统演化的一个窗口。通过这些钻探计划,发现了新生代以来气候变冷,南北极冰盖几乎同时形成;揭示了南极冰盖形成和陆地风化的加剧,导致南极中深层水和底层水的生产加速并向北推进,造成全球大洋环流的重大变化;南大洋对大气CO_2的调控作用、全球大洋深部循环、营养盐的分布和海洋生产力等多方面在不同时间尺度上都发挥着重要作用;检验了南北极冰盖形成和消融与海平面变化的关系,为人类预测未来海平面变化提供了历史依据。未来的南北极国际大洋发现(IODP)计划将继续关注于极地冰盖的演变历史、南大洋古海洋学演变历史,追踪北极海—陆环境的联系及其对全球气候的影响。这些结果将对未来全球气候预测提供重要的参考和边界条件。     

海洋钙离子非保守行为及海洋钙问题

钙离子是海洋11种常量离子之一,与钠、钾等离子的保守性不同,钙离子在海洋中的分布表现出微小但系统的变化。钙离子的变化往往与海洋碳酸钙的形成和溶解过程有关,所以,钙离子可直接指示海洋碳酸钙通量（深层海洋碳通量的主要组成部分）。同时,碳酸钙沉淀或溶解又会改变总碱度和溶解无机碳,通过钙离子变化也能间接探讨海洋碳酸盐系统和海洋吸收CO2的能力。介绍了以碳酸钙溶解形成超额钙为主的海洋钙离子多种非保守行为及其控制过程,讨论这些过程对海水组成和海洋碳酸盐系统的影响,探讨未来海洋酸化条件下钙离子可能的变化及其潜在的效应,最后展望在南海开展钙离子精细行为的研究意义。 