台湾岛东北部龟山岛附近海域自然硫烟囱体的基本特征研究

龟山岛热液活动区位于冲绳海槽向西延伸的部位，菲律宾海板块向欧亚板块下方俯冲在此隐没，热液活动的出现为研究该地区进一步的发展提供了契机．龟山岛热液活动产生的烟囱体高度富集自然硫，几乎没有其它矿物结晶形成，烟囱体本身呈现分层现象，自然硫的含量也是从烟囱体的外层到内层依次增高，与烟囱体颜色上表观的分层呈现良好的对应关系．我们根据这种分层现象探讨了烟囱体的成因机制和热液流体随时间的变化特征，同时根据等离子质谱（ICP-MS）和X射线衍射仪（XRF）的实验数据分析了自然硫烟囱体存在两种物质来源：热液活动区基底的安山岩和地幔，但是对于地幔物质以何种形式加入到热液流体中还需进一步研究．     

龟山岛附近海域热液活动流体的来源

台湾东北部龟山岛附近热液活动区流体的来源较为复杂,判断流体来源同时探讨该地区岩浆活动的程度对于龟山岛热液活动研究具有至关重要的意义。通过测定热液流体中的元素浓度和氢氧同位素特征显示:热液流体的微量元素浓度总体上接近海水值,但是通过Mg浓度为0回推得出热液流体的端员组分较为简单,而且有低Cl-浓度的组分(如地下水)加入,所测定热液流体中海水特征是由于取样过程中海水混入所致,氢氧同位素的对应曲线表明热液流体与该地区海水的同位素特征值不一致,并且不是单一龟山岛上地下淡水来源。龟山岛附近热液流体在氢氧同位素值分布特征上与南胡安得富卡洋脊的深水热液活动流体较为一致。可以初步判断龟山岛附近热液活动流体来源主要由两部分组成:深部物质和龟山岛上的大气降水,深部的岩浆物质在上升过程中,发生相分离,分离相在继续上升的过程中遇到下渗的淡水,两者混合构成了热液流体的端员组分。因此龟山岛热液活动的出现是由于深部物质活动造成的,表明目前该地区地壳活动较为活跃。     

应用于龟山岛热液喷口探寻的散射光式水下浊度仪研制*

位于台湾岛东北部的龟山岛热液区属浅水型海底热液活动区,已探明有超过30处的热液喷口分布在约10—30m的水深范围内。通过机械封装、硬件电路以及配套软件的设计和加工,自制了散射光式水下浊度仪;2011年5月25—30日,使用该浊度仪,对龟山岛附近海域进行了拖航作业,在此次作业的东北方向发现一处新的热液喷口(24°50^′09^″N、121°58^′08^″E);海试结果表明,该水下浊度仪对于浊度较大海域有探测能力,对浊度较小海域的探测精度不高,还有待进一步改进。     

台湾近海热液体系独特的生物及地球化学特征

台湾地处西太平洋构造活动带,近海发育了多处热液活动,其中最典型的为龟山岛和绿岛热液体系。本文对海峡两岸在龟山岛和绿岛热液的地球化学特征以及周边生物体的响应的研究进展进行了综述。龟山岛热液喷出流体具有全球最低的pH(1.52),富含重金属元素和CO₂等酸性气体,是周围海水中有色溶解有机质的来源;绿岛具有全球热液中最低的溶解有机碳浓度(14 μmol /L),且具有特殊的动力学特性。喷口周边分布了较为罕见的自然硫烟囱体和硫磺球。喷口的高毒性、高酸性热液改变了热液区生物体如螃蟹的生活习性和解毒机制。热液区的主要活跃菌群为参与碳、硫和氮代谢途径的γ-和ε-变形菌。主要生物质合成以硫还原和硫氧化的化能无机自养型生物为主,微生物硫代谢促进了热液系统中的微生物能量流动和元素循环作用。某些热液生物采用繁殖期迁徙的机制应对高毒性、高酸性热液环境。在热液活动的胁迫下,这些微生物产生了新颖独特的代谢产物。此外,龟山岛和绿岛热液体系还受到了潮汐、台风和地震等灾害性事件的影响。台湾近海热液体系的研究对认识热液地球化学循环、探讨热液的生态环境效应等具有重要的意义。     

龟山岛附近海底热液自然硫烟囱体的硫同位素研究

利用稳定同位素质谱仪对龟山岛附近海底热液自然硫烟囱体分层取样的硫同位素分析,获得了自然硫烟囱体的硫同位素特征。结果表明,龟山岛附近海底热液自然硫烟囱体的δ34S值变化不大,幅宽只有0.913,说明自然硫的来源较为单一,受控因素相对较少。根据硫同位素值的特征,划分出三种类型的烟囱体,它们是由热液流体中的硫同位素值和海水与烟囱体外壁的反应来控制,Ⅰ型烟囱体、Ⅱ型烟囱体的外壁与海水发生化学反应,形成一定量的自然硫沉淀,烟囱体的生长是向内、向外两个角度同时生长;Ⅲ型烟囱体则主要是向内一个角度生长。热液流体中的δ34S值(H2S)随时间的变化是由于海水端元和玄武岩端元不同比例的混合所致。     

台湾龟山岛东南部海域白色热泉特征分析

海底热液活动及其周边环境的调查研究是海洋科学领域的热点之一。海底热液喷口环境的物理化学参数,尤其是浅水型热液,会受到潮汐变化的影响。台湾龟山岛靠近冲绳海槽南端分布有多处浅水型热液喷口(30m)。2010年5月,浙江大学、杭州电子科技大学和台湾中山大学对该海域实施了联合考察,利用电化学传感器获得了低温热液喷口(24.834 14°N,121.961 91°E)连续87h的温度和pH现场观测数据。基于Morlet复小波变换方法,分析了浅水型热液喷口的温度和pH现场观测时间序列的变化周期,并通过与当地潮汐记录数据作比较,获得了其与潮汐信号之间的潜在关系,证实了潮汐变化是海底白色热泉喷口物理化学参数现场观测最主要的影响因素。温度和pH现场观测数据经Morlet复小波变换后的小波系数分别存在规律的12.9h和12.5h变化周期,并且温度的小波系数在准半日周期尺度与潮汐高度呈负相关变化,相关系数为-0.89;pH的小波系数情况相反,相关系数为0.76。     

台湾岛东北部龟山岛热液区自然硫烟囱体的成因

用ICP-MS测定了龟山岛热液区自然硫烟囱体的微量和稀土元素组成, 结合其硫同位素组成, 研究了自然硫烟囱体的物质来源和形成条件. 结果表明, 龟山岛热液区自然硫烟囱体, 自然硫的含量极高(达到了99.96%), 与火口湖和其他火山区的自然硫相比, 具有微量和稀土元素含量极低的特点, 且其球粒陨石标准化REE配分模式与龟山岛安山岩类似, 进一步证明了龟山岛热液区海底下流体-安山岩相互作用具有持续时间短的特点. 自然硫样品的硫同位素组成, 反映自然硫烟囱体中的硫来自岩浆去气作用产生的H₂S和SO₂, 微量和稀土元素组成反映出其主要来自龟山岛安山岩, 受到了海水组成的影响, 是安山岩和酸性流体相互作用的结果, 结合热力学分析表明, 在相对低温(<116℃), 有氧和酸性的环境中形成了自然硫烟囱体.     

台湾东北部龟山岛附近海域自然硫烟囱体的铅同位素组成及地质意义

为了探讨龟山岛附近热液自然硫烟囱体的物质来源,通过测定烟囱体内铅同位素的组成特征,分析了该地区热液活动的铅元素物源.研究结果表明,龟山岛附近热液自然硫烟囱体中的铅同位素组成具有很小的变化范围和较均一的铅同位素组成特征,但是与其它深海热液沉积物的铅源不同,与北半球铅同位素的参考线(NHRL)相距甚远.虽然自然硫烟囱体出现在海水环境,但是海水对其不存在铅的贡献,烟囱体内的元素铅主要是陆壳来源.根据以上结果可以进一步推断,龟山岛热液活动区的下伏地层中,存在一定分布范围的陆壳,这对于研究该地区复杂的地质构造特征具有一定意义.