水库水体二氧化碳分压研究进展

天然水体中存在同化二氧化碳(CO2)的光合作用,也存在释放CO2的微生物呼吸过程。地球表层水体与大气之间的CO2交换构成全球碳循环的一个重要环节。水-气之间CO2交换的方向和通量主要受大气圈和水体表层CO2分压(pCO2)的制约。水体pCO2值可以通过对近水面气体成分变化过程的现场仪器检测或者根据测定的水体化学参数运用经验公式计算求得。迄今对陆地水体,尤其河流筑坝形成的"蓄水河流"(下称水库)水体CO2动态研究中,由于水域及其近表层大气成分的时空多变,一般采用水化学参数计算方法求得水体的pCO2值。全球约70.97%的水库表层水体pCO2高于大气pCO2。全球尺度上水库表层水体pCO2自热带向寒温带逐渐递减;单个水库水体的pCO2一般呈现"出库>入库>库中"、pCO2随深度而增加的变化规律。水库表层水体pCO2的时间变化一般表现为"冬季>夏季、消融期>冰冻期、黑夜>白天"。水库水体的pCO2是其水化学平衡的结果,受水温、水体pH、水生生物活动以及外来水体的混合等多种因素影响,变化较为复杂。为精确量化水库水-气界面CO2交换通量,水文学、湖沼学、生态学和地球化学等领域的学者有必要合作,共同努力进行水库流域尺度的实地观测,完善水体溶解无机碳计算模型,深入探讨水库水体碳动力学机制,为全球碳循环研究和气候变化预测提供可靠的基础数据。     

南海神狐海域水合物发育区浅表层沉积物甲烷周转定量模拟

在天然气水合物发育区海底沉积物中甲烷厌氧氧化作用(AOM)是碳循环的重要组成部分。通过定量计算表层沉积物中甲烷迁移转化通量,可以更准确评估甲烷来源碳对沉积物碳库和海洋深部碳库影响。本文利用反应―运移模型对采集于南海神狐水合物发育区两个站位(SH-W19-PC、SH-W23-PC)采集的孔隙水SO_4~(2-)、溶解无机碳(DIC)、Ca~(2+)剖面进行拟合,同时对DIC碳同位素进行分析,确定近海底沉积物中的碳循环。研究显示两个站位孔隙水中SO_4~(2-)和Ca~(2+)浓度在剖面上随深度呈线性减少,DIC浓度随深度逐渐增加,其δ~(13)C_(DIC)值随深度逐渐降低至约-25‰,表明两个站位存在一定程度的AOM。模拟计算两个站位沉积物孔隙水溶解甲烷向上的通量分别为25.9和18.4 mmol·m~(-2) a~(-1),AOM作用产生的DIC分别占其总DIC量的70.7%和60%。由沉积物向海水中释放的DIC通量占DIC汇的约60%。因此,在天然气水合物发育区向海底渗漏甲烷大部分以DIC的形式进入上覆海水,这些具有极负碳同位素值的甲烷来源的DIC可能对局部深海碳库产生一定的影响。     

大气气溶胶中的铁及其溶解度研究综述

生物活性铁(Fe) 进入生物地球化学循环中能够调节碳循环,影响海洋初级生产力,间接影响全球气候变化。决定 Fe生物可利用度的关键因子是可溶Fe含量,其中大气气溶胶的长距离传输是上层海洋获取生物可利用Fe的重要来源。近年来,对气溶胶中的Fe及溶解度的研究取得了重要进展,包括对不同区域Fe质量浓度和溶解度的观测以及对Fe溶解度影响因素的讨论。基于以上研究成果,汇总了近二十年全球部分陆地和海洋站点观测所得的不同粒径气溶胶颗粒物中的Fe质量浓度及其溶解度数据;重点介绍了气溶胶沉降入海洋前影响Fe溶解度的主要因素,包括Fe的来源、大气物理过程以及大气化学和传输混合过程等,并就各影响因素间的关联及相对重要性展开讨论;对未来气溶胶 Fe的研究方向和方法提出建议。     

晚第四纪热带西太平洋海气CO2交换影响因素

探究海气CO₂交换有助于解析全球碳循环和全球气候变化。由于海水和大气的直接接触,研究表层海水碳酸盐系统变化成为探究海气碳交换的关键。基于已有热带西太平洋表层海水碳酸盐系统研究成果,本文总结了有孔虫壳体B/Ca和δ¹¹B指标重建碳酸盐系统参数的原理、方法及优缺点。然后,从厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)、东亚季风以及大气桥梁和海洋隧道三方面综述了晚第四纪热带西太平洋海气CO₂交换影响因素的研究现状。结果显示,类ENSO通过横向平流和垂向变化分别影响热带西太平洋东端和西端的海气碳交换。东亚夏季风对热带西太平洋海气碳交换具有较强的调控作用,而东亚冬季风的调控作用较弱或不明显。冰消期南大洋深部流通状况增强,可通过大气桥梁(大气CO₂)和海洋隧道(南极中层水)影响热带西太平洋海气碳交换。然而,为了更准确清晰地了解全球碳循环变化,还需针对指标记录的可靠性、覆盖范围以及海气碳交换在更长时间尺度的变化机理等方面开展更多研究。     

海洋浮游细菌在碳循环中的作用

由于海洋浮游细菌(marine bacterioplankton)在全球碳循环中非常重要,浮游细菌的生物学和生态学研究成为当前生物海洋学最活跃的前沿领域之一。浮游细菌主要包括异养细菌(heterotrphic bacteria)和超微型光合原核生物(picoprokaryotes)蓝细菌(Synechococcus,聚球菌属,细胞粒径为0．5-1．5μm)     

内陆水体溶解无机碳同位素研究进展及展望

碳是陆地生态系统中最重要的生命元素,能够在各个圈层之间相互转换和运移。碳循环作为地球各圈层相互连接的纽带,被认为是地表系统最重要的元素地球化学循环。碳在水体中主要以溶解性有机碳（dissolved organic carbon,简称DOC）和溶解性无机碳（dissolved inorganic carbon,简称DIC）形式存在。内陆水体（包括河水、地下水、湖水和水库等）尽管只占陆地表面1%,但它们在碳循环过程中发挥了重要作用。其DIC浓度(CDIC)和DIC同位素组成(δ13CDIC)可以为碳循环研究提供线索,因此成为近年来国际研究的热点之一。本文系统总结了全球内陆水体DIC同位素的研究进展。DIC同位素具有广泛的地质应用,不同碳源具有独特的同位素特征。因此,DIC同位素被用于定性和定量地示踪碳源,指示碳循环过程以及确定河水补给端元。     

太湖梅梁湾藻华暴发消退-周期表层水体溶解性有机质分子特征

人类活动引起的富营养化对太湖的碳循环模式可能产生严重影响,精细描述太湖藻华暴发-消退周期的溶解性有机质分子是了解太湖碳库动态变化的关键.本研究利用傅立叶变换离子回旋共振质谱技术,以太湖北部梅梁湾2017年5月至2018年5月的表层水体为研究对象,解析藻华暴发-消退周期溶解性有机质的来源和分子组成特征,进而理解浮游藻类异常增殖对水体溶解性有机质的影响及其在区域碳循环中的角色.研究结果表明,藻华暴发期浮游藻类生产力显著增加,使得表层水体的溶解性有机质从含量到分子组成均发生剧烈改变.含量上表现为溶解性有机碳浓度升高,分子组成上表现为CHO类化合物和以脂肪族类化合物为代表的活性组分占比增加,特征化合物以相对高饱和度和高含氧的小质量数分子为主.而在藻华消退期,随着藻类有机质贡献的减少和有机质降解过程的持续进行,含量上表现为溶解性有机碳浓度下降,分子组成上表现为CHOS、CHONS类化合物和富羧酸脂环类化合物等惰性分子占比增加,特征化合物以大质量数分子和相对低饱和度和低含氧的小质量数分子为主.研究结果表明,太湖水体的溶解性有机质分子组成在藻华暴发期受藻类有机质输入控制,在消退期受藻类有机质降解的影响.     

海洋纹层硅藻席古海洋学与生物地球化学研究进展

海洋大型硅藻的勃发及其在海底的纹层硅藻席沉积代表大规模的有机碳和生物硅输出通量,该生物堆积事件或过程对海洋酸化和全球变暖产生负反馈,因而在气候变化中的地位不容小觑。本文在融入作者研究成果的基础上总结了国内外关于海洋纹层硅藻席的研究现状,认为大型硅藻勃发不能直接和上涌活动相关联,在热带海区一般与成层化相关,在亚热带海区总体上与锋面作用相关。大型硅藻勃发时,表层水不一定贫养,也可以是富养的,也不总是需要借助浮力下沉到营养跃层吸收营养物,可直接吸收海洋表层中的营养物(如风尘溶解来源的硅酸)。大型硅藻通过高的初级生产力吸收大气中的CO_2,尔后在海洋深部降解形成的CO_2在海洋成层化条件下以巨大"呼吸CO_2库"得以封存,代表促使冰期大气pCO_2降低的一种重要机制。海洋纹层硅藻席的保存环境由多种因素制约,可以是氧化的也可以是亚氧化的,因而对用纹层沉积物来指示缺氧底层水条件应持谨慎态度。另外,提出了解释大型硅藻勃发和硅藻席形成机制的新模式"风尘触发硅藻席沉积",极大地促进了硅藻席沉积成因谜团的解决。最后,指出了目前海洋纹层硅藻席研究中存在的问题并阐述了未来可以开展的研究方向。     

金刚石与深部碳循环

深部碳循环是全球碳循环研究中不可或缺的部分。较之表层碳,人类对地球深部碳储库的储量、碳的迁移方式和交换量都缺乏清晰认识。作为来自地球深部的碳单质矿物,金刚石是研究深部碳循环的绝佳样品。近年来原位微区分析技术的突飞猛进为研究金刚石及深部碳循环提供了良好条件。文中对表层与深部碳交换、深部碳储库及金刚石矿物学性质进行了介绍,并通过金刚石及其包裹体的稳定同位素组成,探讨了金刚石的形成机制及含碳流体/熔体的性质与来源问题。