天然气水合物系统的环境效应

环境效应是天然气水合物科学体系中重要一环,同时,有关该领域的调查研究也是人类安全、环保、经济、科学地利用水合物资源的可靠保证。海底天然气水合物所孕育的独特的生态系统、与之关联的重大地学、环境问题以及资源的勘探开发均是充满魅力而又富有挑战的科学新领域。梳理了当前全球范围内有关水合物环境效应的大部分研究工作,综述了与天然气水合物环境有关的生物效应、化学效应和物理效应的研究现状及内容,着重强调了与该领域相关的基础问题和焦点问题,展望了该领域未来发展的趋势,希望藉此为我国的水合物环境效应调查与评价工作向纵深推进提供参考依据,并能引起广大研究者的兴趣与重视。     

人工航道疏浚对近岸沉积的影响——以葫芦岛港为例

航道疏浚是海岸带人类活动的重要形式之一,对近岸海洋环境有着重要的影响。本研究以葫芦岛航道疏浚为例,通过X射线衍射物相分析、放射性同位素分析和激光粒度分析等方法,对航道疏浚区及邻近海域沉积物进行了系统的研究,结果表明:(1)航道疏浚产生的沉积物与现在海底沉积物在粒度组成、黏土矿物组合和210 Pb、137 Cs放射性强度等方面具有显著的差异,可以作为示踪航道疏浚物质扩散和影响范围的指标;(2)葫芦岛海域的航道疏浚物在潮流的作用下沿西北和西南2个方向扩散,不同程度地加入到表层沉积物中,个别地方疏浚沉积物直接覆盖到原沉积物之上,导致海底原地沉积物属性的改变。     

辽东湾北部海域沉积物重金属环境质量和污染演化

基于取自辽东湾北部海域表层沉积物和岩心样品,利用XRF等方法对沉积物中的重金属含量进行系统的测定,结合137 Cs、210Pb年代测定,分析了研究区表层沉积物中重金属分布特征、环境质量状态以及重金属污染历史。结果表明:辽东湾表层沉积物重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg含量高值区主要分布在葫芦岛附近海域,并且呈现由近岸向远岸递减的趋势;辽东湾海域部分站位表层沉积物已经受到重金属污染,轻度和重度污染率为34.5%,清洁率为65.5%,重度污染站位集中在葫芦岛附近海域;辽东湾沉积物中重金属污染大致出现在1975年,于1997年达到最大,随后,重金属污染开始明显减少。辽东湾沉积物中重金属分布及演化特征与沿海社会经济发展和国家环境保护政策有着密切的联系。     

海洋沉积物中金属依赖型甲烷厌氧氧化作用研究进展及展望

海洋沉积物中大部分甲烷会通过甲烷厌氧氧化作用（anaerobic oxidation of methane, AOM）而被消耗。早期研究表明,AOM可与硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐的还原作用相耦合,从而有效减少甲烷向大气的排放。最近,金属依赖型AOM（metal-AOM,活性金属氧化物还原反应驱动的AOM）被证实存在于自然界沉积物和富集培养的样品中。但是,目前仍未从自然海洋环境中分离获得能够介导metal-AOM的微生物。对海洋沉积物中metal-AOM的研究大多聚焦于热液或冷泉等海洋特殊生境,一系列研究表明地质流体在这些海底化能自养生态系统的维持和演化方面起到了重要作用,并深刻影响全球地球化学循环,因此,该科学问题研究吸引了越来越多的注意力。本文讨论了可能参与海洋沉积物中metal-AOM的微生物类群及其地球化学证据,并在前人工作基础上,以冲绳海槽冷泉-热液共生区为例,提出一种新的metal-AOM作用机制。认为在全球冷泉-热液系统相互作用地区的调查有助于更好地探讨metal-AOM的发生机制及微生物在深海生境中分布的连通性问题。     

冲绳海槽海底冷泉-热液系统相互作用

热液和冷泉活动是现代深海环境中两个重要的极端系统,它们均是岩石圈与外部圈层之间进行物质、能量转移和交换的重要途径,它们之间既有显著差异,但也存在很多相似点。一系列调查研究表明,在某些特殊构造单元,热液和冷泉活动可能并不是彼此孤立的,而是在构造地质、生物生态和元素循环上存在某种相互作用或耦合关系。冲绳海槽作为西太平洋一个典型的弧后盆地,发育了繁盛的热液和冷泉活动,是研究这两个海底极端系统相互影响机制的天然实验室。在大量文献调研和野外精细探测结果的基础上,分析了冲绳海槽内相互毗邻的冷泉和热液之间的物质扩散过程及生物地球化学作用,初步建立了两个极端系统内两种不同流体相互作用的概念模型,认识到未来如对两个深海极端环境共生区构造发育特征、地层流体演化、生物群落以及矿物元素组成进行系统分析,将有助于建立更加完善的冷泉-热液两个系统在物质和能量上的耦合关系模型,同时也有助于揭示它们在生物生态之间的沟通融合规律,最终可建立盆地尺度上热液-冷泉区相互作用模式,从而加深对西太平洋甚至全球范围内冷泉-热液两个极端环境系统甚至流体-固体耦合的规律性认识。     

巴伦支海西南部天然气水合物形成与分解影响因素

北极海域赋存丰富的油气和天然气水合物资源,也是全球环境变化的一个重要窗口,北极巴伦支海西南部陆架已发现大量天然气水合物赋存的识别标志,笔者综述了巴伦支海西南部海域陆架区水合物形成的条件和已发现的天然气水合物分布情况和泄漏特征,总结影响巴伦支海西南陆架区天然气水合物形成和分解的各项因素,评价北极巴伦支海西南部天然气水合物资源前景。掌握北极巴伦支海及其周边区域的水合物资源情况是提升中国在北极事务话语权的必要内容之一,北极海域水合物动态变化对于全球气候变化具有十分重要的指导意义;这类极地低温海域水合物流体聚集和运移特征十分特殊,对丰富水合物成藏研究有重要的理论意义。     

海底水合物丘与泥火山的演化特征及其对天然气水合物聚集的影响

海底水合物丘与泥火山均属于不同相态流体向上运移排出至地表过程中的产物,与这2种特殊地质体相关的浅表层天然气水合物具有独特的成藏过程和赋存规律,同时,它们也都是富碳流体排放的重要途径。然而,由于对这2种地质体缺少系统的调查,加之对浅表层天然气水合物资源和碳泄漏过程的研究程度不高,当前在海底水合物丘与泥火山特征刻画及准确甄别上还存在障碍,导致难以科学地评价与其伴生的水合物资源的聚集过程及环境效应。通过总结已有海底水合物丘与泥火山的阶段性研究工作,对该2种特殊地质体从地貌特征、内部结构、形成机制等方面开展比较研究,系统分析了二者的演化过程以及对与之相关的天然气水合物聚集过程的影响,并讨论了2种地质体的区别与联系。本研究可为理解全球海底富碳流体的排放及其对海洋碳循环的贡献以及海底浅表层天然气水合物资源量的评价提供参考。     

我国近海海域沉积物重金属分布特征与环境质量评价

根据我国近岸海域表层沉积物6 094个站位、深层1 495个站位沉积物地球化学重金属元素(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn)含量数据,运用了多元统计等数学方法对测试数据进行了处理,分析了我国近海海域沉积物重金属元素分布特征。在此基础上,根据GB 18668—2002(海洋沉积物质量)标准,运用了综合指数法对我国近海海域沉积物重金属生态地球化学进行了评价,结果表明:我国近海海域(10 m水深线以浅)清洁海域占78.93%,轻污染海域占13.80%,重污染海域占7.27%。重污染区域分布在葫芦岛附近海域、珠江入海口附近海域,轻度污染区域在长江入海口附近。样品对比分析结果显示,我国近海海域重污染主要来源于人类活动的影响。     

碳酸盐晶格硫研究进展

碳酸盐晶格硫(CAS)是古环境恢复的重要手段之一,它系指在碳酸盐成岩过程中微量的硫酸盐离子取代碳酸盐离子并保存在晶格中的硫酸盐。CAS对矿物沉淀发生时的海水硫酸根的氧、硫同位素组成、硫酸盐浓度和当时古环境的氧化还原状态都有很好的保存和记录作用,因此引发了对其持续关注,并开展了一系列卓有成效的研究。本文综述了CAS当前的研究进展,主要从前处理方法、影响因素、同位素组成和古环境恢复等重点问题来探讨CAS的成因和CAS对不同沉积环境的恢复应用,并展望了需要进一步研究的几点研究方向,希望借此能引起广大研究者的兴趣和重视。     

辽东湾东南部海域柱状沉积物稀土元素地球化学特征与物源识别

对辽东湾东南部海域LDC30孔沉积物稀土元素（REE）、粒度等指标进行了分析,研究了其沉积物中稀土元素组成特征及其控制因素,并对其物质来源进行了探讨。结果表明,LDC30孔沉积物ΣREE平均值为149.49 μg/g,略高于黄海和东海,但是低于渤海和南海,并且低于全球沉积物ΣREE的平均值。研究区沉积物REE配分模式表现为明显的轻稀土富集、重稀土相对亏损;δEu的平均值为0.71,为中度亏损,δCe无异常;轻稀土与重稀土之间的分异作用较强,且轻重稀土内部分异明显。根据沉积物REE垂向变化特征,可将LDC30岩芯以51cm为界划分为两段,上段（0~51 cm）ΣREE含量随着深度的减小而呈增加的趋势,下段（51~99 cm）ΣREE含量在垂向上没有明显的波动变化,并且上段较下段稀土分异明显。δCe整体上比较稳定,但是在上段（0~51 cm）呈现下降的趋势。δEu垂向上也相对稳定的趋势。该孔沉积物REE参数与粒度之间无明显的相关性,REE组成不受粒度的控制,但重矿物对REE的组成和分布状况有重要的影响。LDC30孔沉积物物质来源比较稳定,并且具有强烈的陆源特征,其沉积物主要来源于辽东湾北部河流（大辽河、小凌河、双台子河等）,同时辽东湾西部河流滦河可能对LDC30孔上段沉积物有一定贡献。