Origin of natural sulfur-metal chimney in the Tangyin hydrothermal field,Okinawa Trough: constraints from rare earth element and sulfur isotopic compositions

For the first time, we present the rare earth element (REE) and sulfur isotopic composition of hydrothermal precipitates recovered from the Tangyin hydrothermal field (THF), Okinawa Trough at a water depth of 1206 m. The natural sulfur samples exhibit the lowest ΣREE concentrations (ΣREE= 0.65×10^–6–4.580×10^–6) followed by metal sulfides (ΣREE=1.71×10^–6–11.63×10^–6). By contrast, the natural sulfur-sediment samples have maximum ΣREE concentrations (ΣREE=11.54×10^–6–33.06×10^–6), significantly lower than those of the volcanic and sediment samples. Nevertheless, the δEu, δCe, (La/Yb)_N, La/Sm, (Gd/Yb)_N and normalized patterns of the natural sulfur and metal sulfide show the most similarity to the sediment. Most hydrothermal precipitate samples are characterized by enrichments of LREE (LREE/HREE=10.09–24.53) and slightly negative Eu anomalies or no anomaly (δEu=0.48–0.99), which are different from the hydrothermal fluid from sediment-free mid-oceanic ridges and back-arc basins, but identical to the sulfides from the Jade hydrothermal field. The lower temperature and more oxidizing conditions produced by the mixing between seawater and hydrothermal fluids further attenuate the leaching ability of hydrothermal fluid, inducing lower REE concentrations for natural sulfur compared with metal sulfide; meanwhile, the negative Eu anomaly is also weakened or almost absent. The sulfur isotopic compositions of the natural sulfur (δ³⁴S=3.20‰–5.01‰, mean 4.23‰) and metal sulfide samples (δ³⁴S=0.82‰–0.89‰, mean 0.85‰) reveal that the sulfur of the chimney is sourced from magmatic degassing.     

微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定海泡石中的稀土元素

海泡石是一种纤维状含水的富镁硅酸盐黏土矿,其中的稀土元素含量在1×10~(-7)～1×10~(-5)之间,目前还没有建立海泡石中稀土元素的国家标准分析方法。测定岩石中的稀土元素主要是采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS),样品前处理一般采用封闭溶矿和碱熔,但这两种处理方法耗时较长,效率不高。本文通过比较硝酸-氢氟酸-过氧化氢、硝酸-氢氟酸、硝酸-过氧化氢三种样品前处理方法,确定使用硝酸-氢氟酸溶矿,然后进行微波消解同时赶去氢氟酸,避免氢氟酸与稀土元素生成难溶的氟化物,再采用ICP-MS法测定15种稀土元素的含量。由于海泡石中的镁含量较高,为降低基体效应,以~(103)Rh和~(185)Re作内标补偿基体效应和校正灵敏度漂移,各元素测定值的准确性显著提高,回收率为91. 2%～110. 9%,检出限为0. 002～0. 011μg/L,精密度≤2. 79%。本方法与封闭酸溶ICP-MS法的分析结果吻合较好,且用酸量少(7 mL),溶矿效率高(1 h),检出限更低。     

碘化氨除锡后封闭酸溶-电感耦合等离子体质谱测定锡矿石中的共生和伴生元素

锡矿石是难分解的矿物,主要存在形式是锡石(SnO_2),且共生和伴生元素多,常用的酸溶方法几乎不能溶解SnO_2,从而给锡矿石中的共生与伴生元素的准确测定带来困难。本文基于碘化氨在较低温度下熔融可产生无水状态的碘化氢,利用碘化氢的酸性和氨的还原性分解SnO_2,使Sn呈SnI_4升华分离的原理处理锡矿石。实验中以高纯铂丝作催化剂,加入碘化铵在450℃的马弗炉中分解锡矿石30 min,使得Sn以SnI_4形式挥发,除锡率达到98%以上,再用2 mL氢氟酸和1 mL硝酸封闭溶解残渣,电感耦合等离子体质谱测定钴镍铜铌钽钍铀等24个共生和伴生元素。元素检出限在0. 001～2. 9μg/g之间,90%以上元素的相对标准偏差(RSD)小于5%,相对误差小于10%。本方法解决了锡矿石难分解的问题,可测定共存金属元素,也适合测定Sn含量在1. 27%～62. 49%之间的锡矿石中的微量和痕量元素及锡精矿中的微量元素。     

高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用检测土壤中的无机硒形态

土壤样品中亚硒酸盐Se(Ⅳ)和硒酸盐Se(Ⅵ)的形态分析中,提取剂的选择和检测方法是技术的关键。以往的提取剂容易导致硒形态发生转变或无法同时提取Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ),常用的氢化物发生原子荧光光谱法无法直接测定Se(Ⅵ),而是通过差减法得出Se(Ⅵ)含量。本文对比了不同提取剂的提取能力,确定使用0. 1 mol/L氢氧化钠溶液作为提取剂,在55℃超声萃取土壤样品30 min,提取液经高效液相色谱分离,电感耦合等离子体质谱检测,建立了土壤中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)的形态分析方法。采用Hamilton PRP X-100色谱柱,以6 mmol/L柠檬酸为流动相,pH=5. 5,在8 min内可完全分离Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ),两者的检出限分别为0. 15μg/L、0. 16μg/L,线性相关系数(r~2)均大于0. 999。以土壤为基体进行加标回收试验,Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)的回收率在84. 2%～95. 8%之间,相对标准偏差为1. 4%～5. 3%(n=6)。该方法简单快速,具有良好的精密度和准确度,适用于土壤中无机硒的形态分析。     

黄河口清水沟河道的冲淤过程与模拟

为揭示黄河口清水沟河道长时段的冲淤演变规律并建立其冲淤计算方法,分析了清水沟1976—2015年的时空冲淤演变过程,采用河床演变的滞后响应模型,考虑河口来水来沙及河道延伸与蚀退的影响,建立了清水沟累计冲淤量的计算方法。结果表明:1976—1980年改道初期清水沟改道点上游先冲后淤,改道点下游淤滩塑槽,淤积量随着下游河道展宽而增加,1980年后改道点上、下游河道冲淤过程趋于一致;受水沙条件等因素影响,1980—1986年清水沟主槽冲刷展宽,之后主槽淤积萎缩;1996年清八改汊和2002年小浪底水库"调水调沙"原型试验以来,河道转淤为冲,2002年后河道冲刷速率随时间指数衰减;河床演变的滞后响应模型可计算清水沟长时段的冲淤过程,该方法可为预测未来清水沟冲淤演变趋势提供科学参考。     

模式内部变率引起的1.5℃和2℃升温阈值出现时间模拟的不确定性研究

模式内部变率是模拟结果不确定性的重要来源,然而它对于1.5℃和2℃升温阈值出现时间不确定性的影响尚不清楚。因此,基于耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的多模式数据研究了模式内部变率对1.5℃和2℃升温阈值出现时间不确定性的影响以及对未来排放情景的敏感性。结果表明,模式内部变率对升温阈值出现时间模拟的影响与外强迫的影响相当,单个模式内部不同成员达到全球平均1.5℃或2℃增温的年份相差2~12年;其影响具有明显的空间差异,影响极大值出现在欧亚大陆以北洋面、白令海峡周围区域、北美东北部及其与格陵兰岛之间的海域、南半球高纬地区等;低排放情景下模式内部变率的影响大于高排放情景。     

线性化物理过程对GRAPES 4DVAR同化的影响

线性化物理过程能够改善四维变分同化中极小化收敛的稳定性和增加极小化过程中对大气物理过程和动力更加精确的描述,它是四维变分同化中非常重要的一部分。通过在GRAPES全球模式中研究线性化物理过程,尤其是两个湿线性化物理过程,改善切线性模式预报精度,来提高GRAPES全球四维变分同化的分析和预报效果。线性化物理过程的开发首先需要简化原非线性化物理过程中的强非线性项,然后对线性化物理过程进行规约化,以抑制切线性扰动的异常增长。目前GRAEPS全球模式中的线性化物理过程主要包括次网格尺度地形参数化、垂直扩散、积云深对流和大尺度凝结。线性化物理过程预报精度的检验方法是通过选择合适大小的初始扰动（同化分析增量）,来比较非线性模式和切线性模式中的扰动演化的纬向平均误差。然后以绝热版本的切线性模式为基础,通过冬、夏两个个例试验来分别检验4个线性化物理过程的12 h预报效果。试验结果表明,通过添加次网格地形参数化和垂直扩散两个干线性化物理过程方案,可以有效抑制住绝热版本切线性模式低层扰动的异常增长,大幅度改善切线性模式预报效果。通过添加积云深对流和大尺度凝结两个湿线性化物理过程,可以在热带区域和中、高纬度地区提高切线性模式中湿变量和温度变量的近似精度,提高GRAPES全球四维变分同化的分析和预报效果。      

基于最优概率的中期延伸期过程累计降水量分级订正预报

采用ECMWF集合预报降水量资料和中国降水量观测资料,研发了基于最优概率的过程累计降水量分级订正预报(OPPF)技术,并在遵循总体技术思路的基础上设计出三种不同的OPPF计算方案(OPPF1、OPPF2、OPPF3),继而选用2015—2017年汛期(5—9月)中国91次区域性强降水过程进行回报试验和预报效果对比评估,结果表明:(1)在中期延伸期预报时效(96~360小时),对强降水和有无降水的预报效果,三种OPPF均明显优于集合平均(EMPF)和控制预报(CTPF);对中等以上或较强以上强度降水的预报效果,OPPF1和OPPF3明显优于CTPF、与EMPF基本接近。(2)三种OPPF相比,OPPF3的预报效果较OPPF1总体略胜一筹,两者均好于OPPF2。(3)预报效果存在明显的地域差异,南方地区强降水预报的TS评分明显大于北方地区,且OPPF3预报效果明显优于EMPF;在96~240小时预报时效,东北地区东部OPPF3强降水的预报效果也明显好于EMPF。      

GRAPES模式中的坡地辐射方案及其对短期天气过程模拟的影响

为了改进太阳短波辐射参数化, 在非静力中尺度模式GRAPES (全球/区域同化和预报系统) 中考虑了坡地辐射 (SLOPE), 并着重讨论其在不同分辨率情况下对我国短期天气过程的影响.数值试验结果表明: 地形坡度和坡向对地表短波辐射 (GSW) 计算有较大的影响, 与没有考虑坡地作用的参考运行 (FLAT) 相比, 早晨和傍晚的GSW最小可减小60%以下, 最大也可增加60%以上, 比一天中其他时间和平均值大得多.在江淮流域一次梅雨锋降水过程中, 坡地辐射参数化方案的引入对降水模拟有较明显的影响, 特别在高分辨率 (6 km) 情况下, 降水的增加和减小不仅发生在GSW改变比较大的地区, 且与复杂地形有较好的相关性.另外, 由于地形坡度和坡向引起地表温度的改变与地表热通量的变化一致, 且也发生在地形起伏的多山地区.因此, 当水平分辨率较高且地形陡峭起伏时, 应当包含坡地辐射.     

Carbon cycling in a high-arctic marine ecosystem – Young Sound, NE Greenland

Young Sound is a deep-sill fjord in NE Greenland (74°N). Sea ice usually begins to form in late September and gains a thickness of 1.5 m topped with 0–40 cm of snow before breaking up in mid-July the following year. Primary production starts in spring when sea ice algae begin to flourish at the ice–water interface. Most biomass accumulation occurs in the lower parts of the sea ice, but sea ice algae are observed throughout the sea ice matrix. However, sea ice algal primary production in the fjord is low and often contributes only a few percent of the annual phytoplankton production. Following the break-up of ice, the immediate increase in light penetration to the water column causes a steep increase in pelagic primary production. Usually, the bloom lasts until August–September when nutrients begin to limit production in surface waters and sea ice starts to form. The grazer community, dominated by copepods, soon takes advantage of the increased phytoplankton production, and on an annual basis their carbon demand (7–11 g C m⁻²) is similar to phytoplankton production (6–10 g C m⁻²). Furthermore, the carbon demand of pelagic bacteria amounts to 7–12 g C m⁻² yr⁻¹. Thus, the carbon demand of the heterotrophic plankton is approximately twice the estimated pelagic primary production, illustrating the importance of advected carbon from the Greenland Sea and from land in fuelling the ecosystem.In the shallow parts of the fjord (<40 m) benthic primary producers dominate primary production. As a minimum estimate, a total of 41 g C m⁻² yr⁻¹ is fixed by primary production, of which phytoplankton contributes 15%, sea ice algae <1%, benthic macrophytes 62% and benthic microphytes 22%. A high and diverse benthic infauna dominated by polychaetes and bivalves exists in these shallow-water sediments (<40 m), which are colonized by benthic primary producers and in direct contact with the pelagic phytoplankton bloom. The annual benthic mineralization is 32 g C m⁻² yr⁻¹ of which megafauna accounts for 17%. In deeper waters benthic mineralization is 40% lower than in shallow waters and megafauna, primarily brittle stars, accounts for 27% of the benthic mineralization. The carbon that escapes degradation is permanently accumulated in the sediment, and for the locality investigated a rate of 7 g C m⁻² yr⁻¹ was determined.A group of walruses (up to 50 adult males) feed in the area in shallow waters (<40 m) during the short, productive, ice-free period, and they have been shown to be able to consume <3% of the standing stock of bivalves (Hiatella arctica, Mya truncata and Serripes Groenlandicus), or half of the annual bivalve somatic production. Feeding at greater depths is negligible in comparison with their feeding in the bivalve-rich shallow waters.