台湾以东黑潮沉积物中的生源要素对近千年来气候环境变化的响应

基于台湾以东黑潮主流系沉积物中碳、氮、磷等生源要素指标的变化,在沉积物年代学的基础上,探讨了近千年来气候环境变化在黑潮沉积物中的历史记录。结果表明,近千年来台湾以东、琉球岛弧南侧斜坡的黑潮主流区平均沉积速率可达34.2 cm/ka,据其变化可大致分成的3个沉积阶段,与中世纪暖期、小冰期和现代暖期的划分基本一致。沉积物中碳以无机碳为主,总无机碳（TIC）的含量从1850年开始逐渐增大并伴随剧烈波动,恰好与大气CO₂水平的快速升高相对应;总有机碳（TOC）含量的变化则与东亚夏季风强度的变化关系密切,在夏季风较弱的小冰期其含量明显高于夏季风较强的中世纪暖期和现代暖期,这是由于较弱的夏季风有利于亚洲大陆风尘的产生和向海输送,从而促进了研究海域的初级生产力。1850年以来,沉积物中的C∶N∶P逐渐从低于转变为高于Redfield比,反映了上层水体营养盐结构从氮缺乏到氮充足的转变,这与近现代以来急剧增加的全球氮排放密切相关。总体来说,黑潮主流系沉积物中的生源要素指标,明确记录和响应了近千年来的气候环境变化,尤其是近150多年以来不断加剧的人类活动所造成的气候环境剧变。     

近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物来源及其对气候波动的响应

基于AMS¹⁴C定年结果,对近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的粒度、黏土矿物组成及结晶学特征等进行研究,分析该区沉积特征、物质来源及近千年来环境演化的沉积记录。结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物主要为细粒的粉砂和黏土,沉积速率平均为34.44 cm/ka,低于东海陆架和冲绳海槽南部,高于开阔大洋,具有从陆架向大洋过渡的沉积特征。黏土矿物组成的分析结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物黏土矿物组成以伊利石(平均57%)和蒙脱石(平均25%)为主,含有少量绿泥石(平均16%),几乎不含高岭石(平均2%),其中蒙脱石主要来源于吕宋岛弧物质输送和附近海域原位的基性火山物质蚀变,伊利石和绿泥石主要来源于亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入,高岭石主要来源于台湾东部河流和吕宋岛弧物质输入。黏土矿物的物源定量识别研究表明,研究站位的黏土矿物有26%～72%来源于亚洲大陆风尘输送,11%～55%来源于台湾东部河流输入,11%～26%来源于吕宋岛弧物质输送。近千年来沉积物物源的变化特征较好地反映了中世纪暖期、小冰期和现代暖期这3个百年尺度的全球性气候变化阶段。亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入对研究区沉积物的相对贡献量变化反映了中世纪暖期较强的东亚冬季风特征和台湾地区较为干旱的气候环境,同时也反映了小冰期逐渐减弱的东亚冬季风强度和台湾地区较为湿润的气候环境。现代暖期和中世纪暖期在东亚热力差异和降水异常上的差别反映了人类活动对沉积物的扰动。而研究区小规模的沉积特征突变事件主要与暴雨、台风和地震活动相关。     

胶州湾沉积物中氨基酸对有机质降解及细菌源贡献的指示作用解析

基于对胶州湾表层沉积物中总可水解氨基酸（THAA）的含量、组成、构型及分布特征的系统研究,通过氨基酸碳氮归一化产率（THAA-C%,THAA-N%）、降解因子DI、反应活性指数RI以及D型氨基酸占比（D-AA%,摩尔百分比）等指标结合碳氮比（TOC/TN）、碳稳定同位素（δ13C）探析了胶州湾沉积物中有机质的来源与降解状态,利用细菌源有机质及胞外肽酶活性（EEA）探讨了微生物在有机质迁移转化过程中的作用与贡献。结果表明,胶州湾表层沉积物中氨基酸平均含量为（7.60±3.64）μmol/g,在陆源与海源混合影响下,其水平分布呈现湾内高于湾外、湾内东部高于西部的特点,表明湾内东部陆源输入对沉积物THAA具有较高贡献。THAA-C%、THAA-N%、DI、RI以及D-AA%等指示因子均显示胶州湾表层沉积物中有机质的降解程度呈现湾外高于湾内、湾内东部高于西部的变化趋势,有机质来源、微生物活性与上覆水水深共同影响了有机质的降解程度。胶州湾表层沉积物中细菌源有机碳的贡献率为（29.35±18.73）%,其水平分布显示出湾内西部与湾外相近且高于湾内东部的特点。细菌胞外肽酶活性（EEA）平均为（0.81±1.31）nmol/（g·h）（以MCA计）,整体分布趋势与细菌贡献率相反,呈现湾内东部高于湾内西部和湾外的特性。沉积物中有机质的不同海源、陆源占比决定了有机质的可降解性,而有机质的降解程度进一步影响了细菌源有机质的贡献与胞外肽酶活性。     

胶州湾海水痕量金属?溶解有机质分配特征及其影响因素探讨

采集胶州湾表层和底层海水样品,分析了Cu、Cr、Cd、Pb、Ni、Co等痕量金属在海水中的空间分布特征及其在不同分子量溶解有机质中的分配特征,并探讨了痕量金属?溶解有机质分配机理及浮游生物活动与盐度等环境因素对该分配过程的影响。结果表明,胶州湾海水中痕量金属呈近岸浓度较高的分布特征,在湾东北部出现高值区,Cd和Pb还分别在湾口与湾中部出现高值区。胶州湾海水中痕量金属平均有70.1%分配于低分子量(<1 kDa)组分中,其中Cu和Cd低分子量组分所占平均比例分别达79.0%与77.6%,Cr、Ni和Co稍低,分别为71.5%、67.3%及66.9%,Pb则仅为58.2%。海水中的溶解有机碳也以低分子量组分为主,所占比例平均达73.1%,且光谱特征显示低分子量溶解有机质中类腐殖质含量更高,含有丰富的羧基和羟基,金属配合能力较高,导致痕量金属多分配于低分子量溶解有机质中。高分子量溶解有机质(>1 kDa)所占比例与叶绿素a浓度呈显著正相关,表明浮游植物初级生产通过释放高分子量溶解有机质影响海水痕量金属?溶解有机质的分配过程。胶州湾湾顶盐度较低海域痕量金属高分子量组分略高,可能是生物活动及陆源输入(产生更多高分子量溶解有机质)与盐度(低盐有利于高分子量有机质的稳定性)共同作用的结果。     

黄河口外沉积物氧化还原环境的表征

为了评价黄河口外石油开发区沉积物的氧化还原特征,本文根据2002年9月航次所取得的黄河口外41个柱状沉积物样品,研究了该区沉积物氧化还原特征参数Fe^3 ,Fe^2 ,Fe^3 ／Fe^2 及Eh,Es和有机碳、氧化还原度(ROD)等的分布特征,以及这些参数之间的相关关系。研究表明,Fe^3 ,Fe^2 ,Fe^3 ／Fe^2 及Eh,Es和有机碳、氧化还原度(ROD)等在表层沉积物中各站之间的差别不大。Fe^3 和Fe^2 在0～40cm深度范围内变化比较复杂。40cm以后变的相对比较稳定。而Eh和Es有随深度减小的趋势,ROD在整个研究区都小于1,有机碳的含量高于整个渤海的平均值。综合所有氧化还原特征参数的特征,可确认该区沉积物的氧化还原环境为还原性,该还原性特征主要是由有机碳控制的,而活性铁的贡献不明显。     

渤海南部海域沉积物中吸附态无机氮的地球化学特征

用分相浸取的方法对采集于渤海南部海域的29个站位的沉积物样品(表层样站27个,柱状样站2个)中的吸附形式的无机氮(包括NH4-N和NO3-N)和总氮(TN)进行了研究,探讨了它们的地球化学分布特征及其控制因素。研究表明,在表层沉积物中,NH4-N在渤海中央盆地由东北向西南方向递增,在中央区域有两个异常高值区,莱州湾内分布较为均匀,渤海湾南部为一低值区,向北逐渐增大。NO3-N在渤海中央盆地由东西两侧向中央递增,渤海湾和莱州湾内均沿着离岸方向递减。渤海南部表层沉积物中吸附态氯占TN的3．28％,表层沉积物中吸附形式的氮以NO3-N为主,占83．7％;NH4-N主要受有机质含量(OC)、氧化还原环境(Es)、黏土矿物组成的影响;NO3-N主要受水体NO3-N浓度和分布的控制。NH4-N随沉积深度增加而增加,NO3-N随深度增加而减小。TN的分布主要受陆源物质输入及沉积物粒度控制。研究区TN高而OC低且二者相关性较差,间接说明TN中有相当部分是以无机氮(IN)的形式存在,渤海沿岸排入的无机氮在沉积物积聚是造成高TN的重要原因之一。     

海洋环境中的溢油风化过程

<正>随着石油工业和海上石油开发的迅速发展,水上石油运输日益繁忙,因海损、触礁、机械故障、人为操作不当等导致的石油溢油事故也日益增多,特别是大规模的溢油事故,其污染危害之严重,已为举世瞩目。研究溢油进入海洋环境后的行为,对于确定预警方案和相应治理措施具有重要意义。     

沙海蜇(Nemopilema nomurai)模拟消亡过程中氮与磷的释放

在实验室内模拟研究了沙海蜇消亡过程中氮与磷的释放特征。模拟结果表明:沙海蜇消亡过程中向水体释放氮、磷可分为两个阶段,且氮的释放速率比磷高一个数量级。在沙海蜇消亡的初期阶段,水体中溶解态氮、磷和总氮、总磷的浓度迅速增高,氮可以达到其消亡过程中的最高浓度;在后期阶段,水体中溶解态氮和总氮的浓度不断下降,但水体中的磷在这一阶段达到消亡过程中的最高浓度碱性条件有利于氮的释放,酸性条件有利于磷的释放;盐度越高氮与磷的释放速率越小;温度对氮、磷的释放影响不大;水体中氮与磷含量越高,沙海蜇消亡的速度越慢,而且氮的浓度越高,氮与磷释放到水体中的速率就越慢。     

东海中北部海域秋季表层海水中无机碳与海气界面碳的迁移

基于2010 年11 月对长江口外东海中北部海域的综合调查, 系统研究了该海域的无机碳体系参数的分布特征、海?气界面二氧化碳通量及其影响因素。研究结果表明, 该海域秋季溶解无机碳(DIC)高值区主要出现在调查海域东北部及长江口附近海域, 而调查海域南部DIC 含量较少且变化平缓, 其主要是受台湾东部流向东北方向的黑潮支流及长江冲淡水的影响; 表层海水CO₂分压(pCO₂)值变化范围为40.8～63.5 Pa, 呈现沿黑潮支流流入方向由东南向西北逐渐增高的趋势。秋季表层海水pCO₂与温度(T)、盐度(S)有较好的负相关性, 说明海水温度升高和盐度增加, pCO₂降低, 反之亦然。另外, 通过估算得出, 秋季CO₂海-气交换通量为2.69～33.66 mmol/(m²·d), 平均值为(14.35 ± 7.06 )mmol/(m²·d),其在长江口邻近海域相对较大, 而在调查海域南部相对较小; 2010 年秋季水体向大气释放CO₂的量(以碳计)为(2.35 ± 1.16)×104 t/d, 是大气CO₂较强的源, 说明东海中北部海域秋季总体上是CO₂的源。     

渤海南部海域柱状沉积物中氮的形态与有机碳的分解

海洋沉积物中氮形态的研究是研究其生物地球化学循环的重要前提,柱状沉积物中氮的形态分布在一定程度上反映了其早期成岩作用的进程及结果.利用分级浸取分离方法首次对渤海南部海域自然粒度下5个柱状沉积物样品进行了分析,依据是否可由试剂提取将其分为可转化态和非转化态,系统地研究了可转化态中各形态氮的分布特征及早期成岩作用.研究表明,渤海南部海域自然粒度下柱状沉积物中,OSF-N和IEF-N是可转化态氮的优势形态.各形态氮的含量随深度变化趋势不同,成岩作用亦不同.沉积物中有机氮的分解速率常数为15.51×10-3a,且对各生源要素的分解速率常数有N>P>C>Si;OC/TN比值远小于OC/ON,说明沉积物中保留了大量无机氮(IN)和非转化的有机氮,OC/ON值随深度增加而减小是由于沉积物中富集了ON;柱状沉积物中,表层比深层可转化态氮占其总量的比例高,在局部区域由于深层沉积物中氮的“再活化”导致二者几乎相同.