2011年夏季渤海西北部、北部近岸海域的底层耗氧与酸化

于2011年6月下旬和8月下旬调查了渤海中央海区.6月份渤海所有测站底层溶解氧都超过7.0mg/L,饱和度为85%～115%,pH为7.82～8.04.而到了8月份,在渤海西北部、北部近岸水深20～35m的带状区域内出现底层溶氧显著下降并且酸化的现象.溶解氧最低值为渤海北部近岸的3.3～3.6mg/L,只有6月份的44%～47%;相应pH为7.64～7.68,比6月份低0.16～0.20.表观耗氧速率最高和pH降幅最大的测站都出现在渤海西北部近岸海域,累积溶解氧下降5.6mg/L,pH降幅则高达0.29,相当于总氢离子浓度升高1倍.简化的碳酸盐体系与耗氧量耦合分析表明,渤海西北部、北部近岸海域夏季底层低氧以及酸化环境的形成,与赤潮或者周边养殖业产生的生源颗粒在底层水体矿化分解,以及季节性层化现象阻滞海-气交换等因素密切相关.这样严酷并且剧变的水化学条件,是2011年夏季在渤海西北部、北部近岸海域发生海洋生态灾害事件的重要环境背景.     

夏季渤海温跃层下的双中心冷水结构的数值模拟

利用区域海洋模拟系统(Regional Ocean Modeling Systems, ROMS 3.0)数值模式和κ-ε湍流封闭方案, 对渤海温跃层的季节演变过程进行模拟. 再现了渤海层化自4月开始至9月结束的演变过程, 得到了层化时期渤海中部浅滩的南部和北部洼地的“非对称的双中心底层冷水”结构, 即位于辽东湾内的渤海北部洼地的底层温度要低于渤海南部低洼地的底层温度约1~4℃. 渤海地形特征产生的海水热容量的区域差异和净热通量的纬度差异是早期形成非对称的双中心冷水结构的主要原因. 数值Lagrangian浮子跟踪试验结果支持增温季节的北黄海和辽东半岛西侧的深层冷水对双中心冷水结构的维持有一定贡献, 且主要不是以平流方式直接进入南、北洼地中心, 其中北黄海和辽东半岛西侧的深层冷水对北部冷中心的贡献均明显超过对南部冷中心的贡献. 潮混合使南、北洼地冷中心温度的不对称性更加显著.     

渤海1958年和2000年夏季温盐场及环流结构的比较

渤海沿岸葫芦岛、秦皇岛、塘沽及渤海海峡北部北隍城4个海洋站35年(1961~1996)盐度观测资料显示上述4站的盐度分别升高了1.1, 1.6, 1.9和0.4. 盐度观测资料还显示, 过去35年中, 渤海至少发生了5次较大盐度变化过程. 比较1958年8月和2000年8月渤海大面观测资料, 渤海的盐度分布结构也发生了较显著的变化. 1958年8月老黄河口外海表层的低盐区已由高盐区替代, 盐度变化最大值达10.0以上, 且2000年8月从表层到底层盐度量值及分布结构基本一致. 比较两年全渤海的盐度可知, 渤海大部分海区盐度升高了2.0以上. 渤海温盐度场结构的变化导致了渤海环流变化. 数值模拟研究结果显示, 2000年8月渤海环流和1958年同期环流相比其结构发生了大的变化. 环流变化最显著区是渤海湾、莱州湾及其邻近的渤海中部海区. 1958年夏季存在的渤海湾外侧的顺时针流环和莱州湾外侧的逆时针流环在2000年夏季已消失, 渤海湾逆时针流环位置明显外移, 莱州湾内流动方向发生了180°的转向. 与渤海环流变化相应, 渤海和黄海的水交换量也随之发生了变化, 2000年8月较1958年8月渤海与黄海的月平均水交换量减少了0.7×10⁴ m³/s.     

南黄海中部沉积物粒径趋势分析及搬运作用

应用沉积物粒径趋势分析方法,研究了南黄海中部细粒沉积区的沉积物输运趋势.结果表明,在南黄海中部（123.4°E,35.1°N）左右的位置可能存在沉积中心,周边沉积物具有向这个沉积中心输运的趋势.这种沉积物输运和沉积格局受黄海气旋型环流（包括黄海冷水团）和冷涡的控制.本研究表明,沉积物粒径趋势分析方法在陆架大范围细颗粒沉积区内有着广阔的应用前景.     

渤海海域郯庐断裂带的地震层析成像特征

渤海是连接郯庐断裂带辽宁段和山东段的重要区域,利用地震层析成像方法重建三维P波速度模型,展示了渤海海域地壳和上地幔结构的变化,揭示出郯庐断裂带的深部构造特征以及与构造活动的关系.分析表明,渤海海域的地壳结构存在明显的横向非均匀性:在辽东湾及渤海中部,郯庐断裂带附近的地壳具有双层结构,浅部为低速沉积层,地壳中、下部速度偏高,未见壳内低速层,显示了相对稳定的地壳结构特征,与现今较弱的地震活动相吻合.在渤海南部及莱州湾,郯庐断裂带受张家口-蓬莱断裂带的影响较大,全新世以来的构造活动使得这一地区的地壳结构极为复杂,成为地震活动频繁发生的重要原因之一.此外,渤海海域地壳中、下部和上地幔平均速度偏低,推测与华北克拉通破坏及地幔上涌存在一定的联系.地幔热流物质有可能沿郯庐断裂带形成的通道向上侵入,在地壳底部冷却后形成高速薄层,对于强化壳幔边界、减缓断裂带的构造活动起到了一定作用.     

氨丙基三乙氧基硅烷嫁接蒙脱石的制备与表征

采用有机硅烷(氨丙基三乙氧基硅烷)对蒙脱石及其酸化土进行嫁接改性, 制备了有机硅嫁接蒙脱石, 并利用X射线衍射(XRD)、傅里叶转换红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)等技术对有机硅嫁接蒙脱石的结构进行了表征. XRD结果表明, 有机硅烷嫁接产物的层间距明显增大, 说明有机硅烷进入了蒙脱石及其酸化土的层间, 并以双层排列方式存在于蒙脱石及其酸化土的层间域内. TG结果表明, 酸化处理会降低蒙脱石的热稳定性, 但通过对其进行有机硅烷嫁接改性后, 不仅能够提高产物的热稳定性, 而且能够改变蒙脱石及其酸化土表面与端面的亲和性.     

南黄海海底沉积物的磁化率特征

根据黄海、东海海域172个表层沉积物样品的体积磁化率测量结果, 讨论了磁化率的分布情况, 初步分析结果表明: 表层沉积物磁化率分布能够反映陆架海不同的现代沉积物组合, 指示沉积物不同的源区, 并以30 mCGS为界, 把黄海、东海海域按照磁化率值的大小分为H区(磁化率高值区)和L区(磁化率低值区). 在这两个区域中, H区为沿岸流区, 物质来自毗邻的陆地地区, 主要物源来自长江和黄河; L区主要为黄海和东海的冷涡沉积区, 该区终年为黄海冷水团所盘踞. 磁化率的分布还能够反映陆架海中的沉积动力强弱, 与研究区内的环流系统分布密切相关. 在水动力较弱的南黄海环流区和东海北部环流区磁化率表现为低值, 而在水动力较强的各沿岸流分布区磁化率为高值. 同时发现在本区中的氧化条件下, 磁化率值高, 在还原条件下, 磁化率值低. 总之, 与黄土、湖泊、表层土壤磁化率的气候替代性指标不同, 陆架海的磁化率更多地反映了不同的沉积物来源及沉积环境.     

夏季台湾海峡的悬浮颗粒通道:现场粒度端元分析的证据

应用端元分析模型对2010年夏季在台湾海峡海域由现场激光粒度分析仪(LISST)获得的悬浮颗粒现场粒度数据进行了反演,分离出与河口羽流、细粒沉积区、粗粒沉积区颗粒物动力学过程关联的3个悬浮颗粒现场粒度端元类型.应用夏季西南季风盛期各端元含量空间分布结构的分析,可分辨出珠江河口羽流携带的悬浮颗粒穿越台湾海峡进入台湾西部近岸海域的输运路径,观测到河口悬浮颗粒跨陆架输运载体由上层水体到跃层水体的沿程调整,证明了台湾海峡中部细粒沉积区的上层水体为夏季台湾西部沿岸来源悬浮颗粒横跨海峡的输运通道,而中下层水体则为夏季台湾海峡南部粗粒沉积区悬浮颗粒通过台湾海峡进入东海陆架的主要通道.     

太湖沉积物悬浮的动力机制及内源释放的概念性模式

在野外调查观测与实验室试验分析的基础上, 发现了太湖水土界面处物质交换主要发生在沉积物表层5~10 cm范围内. 沉积物的物理化学特征在空间分布较为均匀. 湖流及波浪的观测结果表明, 作用于水土界面上的动力来源在小风速条件下, 波浪与湖流产生的切应力大致相当, 但是当风速较大时, 波浪作用占主导. 导致沉积物悬浮所需的临界切应力约为0.03~0.04 N/m², 相当于野外风速达4 m/s以上的情况. 如果动力强度远大于此临界值, 如风速达6.5 m/s, 沉积物将发生大规模悬浮. 调查发现沉积物中空隙水中的营养盐浓度远较上覆水高, 从而为沉积物营养盐释放提供了客观条件. 通过沉积物表层5~10 cm中空隙水营养盐浓度的分析, 估算了太湖一次大的动力过程所可能造成的内源释放的最大数量, 即总氮浓度将增加0.12 mg/L, 总磷浓度将增加0.005 mg/L. 最后, 提出了大型浅水湖泊内源释放的一般性模式, 即在无风情况下, 沉积物中营养盐的释放主要靠浓度梯度释放, 当有风浪作用的情况下, 将导致沉积物大量悬浮, 沉积物中的营养盐得以释放. 但是, 由于风浪作用的复氧, 将部分抵消由于扰动导致的营养盐从沉积物释放进入上覆水中. 而当风浪过程过后, 悬浮物质沉降并将部分释放的营养盐通过吸附作用带入沉积物中去, 有机颗粒物在沉积环境中降解析出进入空隙水中, 等待下一次风浪过程.     

用PKIKP的前驱震相探测青藏高原东部地幔底部的散射体

在兰州CTBTO地震台阵的记录波形上识别了PKIKP的前驱震相, 并提取了它们的慢度、方位角及其与PKIKP之间的到时差, 然后使用这些观测特征量测定了产生这些前驱震相的散射体的位置. 结果表明, 这些散射体分布在青藏高原东部及附近地区的地幔底部或D”区域, 为该处结构的复杂不均匀性提供了证据. 对比表明, 这些散射体与全球层析成像在该处地幔底部给出的波速高异常区相关, 可以合理地解释散射体的成因. 这是因为研究表明, 该处地幔底部的这些波速高异常区, 很可能是古特提斯俯冲板块在青藏高原东部及附近地区到达地幔底部, 并在俯冲过程中因拆沉、滞留及与地幔物质混合等作用所产生的不均匀体(也即地震波散射体)的显示.     

黄土高原东南部宋家店黄土剖面L9中地磁记录异常

对黄土高原东南部三门峡地区宋家店黄土剖面L8～S12段详细的磁性地层学和岩石磁学研究表明:Matuyama/Brunhes(M/B)界线位于L8黄土层的底部,Jaramillo极性亚时的顶、底界线分别位于L10的中部和L12的底部.黄土和古土壤地层的磁组构保持了原生沉积组构的特点,所记录的剩磁没有遭受到明显的后期扰动.在L9黄土层中记录了2次地磁场异常,认为由重磁化的可能性较小,而磁极性漂移事件的解释更为合理.推算它们的年龄分别与Kamikatsura(0.886Ma)和Santa Rosa(0.922Ma)地磁漂移事件接近,相对古强度研究结果显示,上述地磁漂移事件期间地球磁场强度减弱.     

黄土高原东南部宋家店黄土剖面L9中地磁记录异常

对黄土高原东南部三门峡地区宋家店黄土剖面L8～S12段详细的磁性地层学和岩石磁学研究表明: Matuyama/Brunhes (M/B)界线位于L8黄土层的底部, Jaramillo极性亚时的顶、底界线分别位于L10的中部和L12 的底部. 黄土和古土壤地层的磁组构保持了原生沉积组构的特点, 所记录的剩磁没有遭受到明显的后期扰动. 在L9黄土层中记录了2次地磁场异常, 认为由重磁化的可能性较小, 而磁极性漂移事件的解释更为合理. 推算它们的年龄分别与Kamikatsura(0.886 Ma)和Santa Rosa(0.922 Ma)地磁漂移事件接近, 相对古强度研究结果显示, 上述地磁漂移事件期间地球磁场强度减弱.     

两次超级单体雷暴的电荷结构及其地闪特征

利用闪电VHF辐射源高时空分辨率的三维观测资料, 针对二个超级单体雷暴产生的地闪的时空分布特征和电荷结构进行了分析, 结果表明在这两个雷暴产生大量正地闪期间, 雷暴的主体部分(对流区)雷暴电荷结构呈反三极性, 正地闪主要发生在雷暴的主体部分, 并由中部的正电荷区产生; 在大量负地闪发生期间, 负地闪主要发生在雷暴的砧体部分, 由于雷暴主体部分的电荷结构向砧体区的倾斜, 云中砧体部分电荷结构为反偶极性, 上部负电荷区产生了大量负地闪. 雷暴最下部的电荷区很少直接产生对地放电, 但对其上部电荷区的对地放电的发生具有重要作用.     

北冰洋: 生物生产力的“沙漠”?

利用14C吸收法、3H吸收法、234Th/238U不平衡法和210Pbex测年法分别测定了北冰洋的初级生产力、细菌生产力、颗粒有机碳输出通量及沉积物有机碳埋藏速率. 结果表明, 北冰洋水柱积分生产力介于3.8~197.1 mmol C/m2@d, 高于早期的报道值, 其中楚克奇陆架区初级生产力水平高于深海盆地. 积分细菌生产力与初级生产力的比值大于0.5, 表明在北冰洋寒冷的水体中细菌活动并未受到明显限制. 由234Th/238U不平衡获得的234Th亏损程度、溶解态与颗粒态234Th停留时间、颗粒有机碳的输出通量均证实, 北冰洋深海盆地仍存在一定的颗粒清除、迁出作用. 夏季期间楚克奇陆架沉积物有机碳埋藏速率为25~35 mmol C/m2@d, 占水柱初级生产力的59%~82%, 表明有机碳的输送与埋藏是非常高效的. 上述证据均表明, 至少在夏季期间, 北冰洋并非生物生产力极其贫瘠的海洋"沙漠", 它存在相对活跃的海洋碳循环过程, 重新评估北冰洋在全球碳循环中的作用显得更为重要.     

蓝田玉山第四纪中后期黄土-古土壤序列环境磁学研究

用岩石磁学的各种方法反演沉积物中磁性矿物性质的变化是重建古气候历史的一个重要途径. 对位于黄土高原东南缘的陕西蓝田县玉山剖面厚约40 m的黄土-古土壤地层(L15~S5, L和S分别指示黄土层和古土壤层, 下同)进行了详细的磁学测量. 研究表明, 磁铁矿、磁赤铁矿和赤铁矿、针铁矿是本剖面沉积物的主要载磁矿物. 典型层位样品的热磁分析显示成壤强度越高的沉积物加热前后磁化强度变化越小, 这可能与黄土沉积受次生改造的程度有关. 多个磁学参数记录表明, 玉山剖面L15~S5时期黄土沉积和古土壤次生发育所反映的古气候变化特征与黄土高原其他相关记录以及深海沉积记录都有显著区别, 这反映出区域地质背景的巨大影响. 从S9-1向L9的快速剧烈转变, 以及在转变前后两个阶段(L15~S9-1, L9~S6的底部)的古气候演化趋势的明显不同, 同时也反映了这一时期东亚夏季风和冬季风的消长对本区古气候磁性载体的强烈改造.     

风浪扰动引起大型浅水湖泊内源磷暴发性释放的直接证据

在太湖水温最低的一周, 野外观测了太湖大风浪过程和静风期间水体悬浮物(SS)、总磷(TP)、总溶解性磷(DTP)、反应性活性磷(SRP)的含量及悬浮物中有机质(LOI)和藻类可利用磷(AAP)的含量变化. 所观测的2004年1月23, 24, 26和30日的风速分别为8, 12, 0和0 m/s. 结果表明, 23日8 m/s的风速持续1 h以后, 水体SS平均含量达258mg/L, 24日大风浪持续一天后并且风速增至12m/s时, 水体SS含量也增至507mg/L, 当风速减弱到2m/s以下持续半天后, 26日水体SS含量降至51mg/L, 而继续保持静风5天后, 30日水体SS含量又降至21mg/L. 说明8m/s以上的风速可以引起太湖沉积物的大量悬浮, 且悬浮量随风力的增加而增加. 伴随着底泥的大量悬浮, 大风浪期间的23和24日水体TP, DTP和SRP含量分别达0.210, 0.048, 0.035, 0.299, 0.054及0.026 mg/L, 而静风期的30日则分别为0.076, 0.045和0.017 mg/L, 说明风浪扰动引起的底泥悬浮也引起了内源磷的暴发性释放. 风浪引起的水体SRP含量变化可达100%. 另外, 23, 24和26日水体悬浮物中的AAP含量分别为132, 97和226 mg/kg. 大风浪也带入水体大量的AAP. 据此观测结果估算, 一次风浪过程可以增加水体987t的TP和80t的SRP以及167t的AAP. 太湖地区每年出现风速大于8 m/s且保持1 h以上的天数多达125天, 如此高的大风浪扰动频率, 势必使得水动力扰动成为太湖水体内源磷释放的主要方式, 对水体蓝藻水华暴发前营养盐的供给产生重要作用.     

冰芯粉尘微粒的X射线光电子能谱扫描电镜研究——粉尘对冰芯SO_4~(2-)记录的影响

用X射线光电子能谱 (XPS)表面分析技术和配有X射线能谱分析仪的扫描电镜 (SEM/EDAX)对提取于希夏邦玛峰冰芯的不溶粉尘微粒样品进行测定分析 ,结果显示 ,微粒物表面的SO2 -4 及SO2 -3 含量明显高于内部 (有机硫化物除外 ) ,这种差异源于大气粉尘在沉积到雪冰中以前对SOx 的捕捉 ,因而与微粒本身的含硫物质成分属于不同的来源 .微粒物中富含具有催化能力的过渡金属 (如Fe ,Ti等 ) ,它们的氧化物在冰芯记录形成之前可能对大气中的SOx 氧化成为硫酸盐沉积物的过程产生光催化作用 .分析表明粉尘对SOx 的吸附运载和催化作用 ,是造成冰芯中SO2 -4 与粉尘微粒记录相关的重要原因之一 .     

南海北部近代沉积物钕同位素分布及意义

南海北部及周边地区近代陆源沉积物稀土元素配分模式总体相似, 接近上地壳平均成分(PAAS), 在重稀土含量上则略为偏高, LaN/LuN比值明显小于PAAS. 但是珠江主要支流西江沉积物的稀土元素含量略高于PAAS, 在重稀土分布态势上明显偏轻, LaN/LuN比值明显大于PAAS. 南海北部地区近代沉积物钕同位素分布具有明显的区域性, 主要受控于珠江源区和闽粤沿海源区以及台湾岛源区. 闽粤沿海地区ε_Nd(0)值最大, 西江沉积物最小, 台湾岛以及海域中沉积物ε_Nd(0)值介于两者之间. 沿伶仃洋-东沙岛连线, 在该线东北区域钕同位素值相对偏高, 西南区域相对偏低. 珠江源沉积物主要影响该线西南区域, 源区母岩以发育大量古生代碳酸盐岩为特征. 闽粤沿海源区以及台湾岛源区, 主要影响该线东北区域, 闽粤沿海源区母岩以发育大量中新生代花岗岩为特征. 由于源区母岩成分上的不同, 造成沉积物在重稀土含量、Sc/Ti比值以及ε_Nd(0)值上存在明显差异. 发育在东沙群岛东南侧高沉积速率堆积体的陆源物质超过80%来自南海北部源区即闽粤沿海源区以及台湾岛源区, 来自珠江源的陆源沉积物不超过20%.     

天然磁黄铁矿一步法处理含Cr(Ⅵ)废水

用天然磁黄铁矿(FeS)还原废水中Cr(Ⅵ),同时在不加碱的条件下能将还原产物Cr(Ⅲ)转移至胶体沉淀物中.还原产物在容器中自上而下能迅速地分为3层:上层清液、中层胶体沉淀物和底部过量磁黄铁矿.上清液中全铬(Cr=Cr(Ⅵ)+Cr(Ⅲ))含量可降低到0.06 mg/L,已远远低于1.5 mg/L全铬排放标准,接近0.05 mg/L饮用水标准.与传统的还原Cr(Ⅵ)与沉淀Cr(Ⅲ)分别进行的二步法除Cr(Ⅵ)工艺相比,该新方法不仅能大大降低处理成本,而且省去必须加石灰(Ca(OH)2)以形成Cr(OH)3沉淀物的传统处理工艺,从而能大大减少沉淀污泥的产生,可有效避免由此引起的二次污染,真正实现还原Cr(Ⅵ)与沉淀Cr(Ⅲ)的一步法处理.利用天然磁黄铁矿FeS代替化工产品亚硫酸盐SO2-3还原Cr(Ⅵ),能提高硫资源的利用率高达4倍.     

冰芯粉尘微粒的X射线光电子能谱-扫描电镜研究——粉尘对冰芯SO2-4记录的影响

用X射线光电子能谱(XPS)表面分析技术和配有X射线能谱分析仪的扫描电镜(SEM/EDAX)对提取于希夏邦玛峰冰芯的不溶粉尘微粒样品进行测定分析,结果显示,微粒物表面的SO2-4及SO2-3含量明显高于内部(有机硫化物除外),这种差异源于大气粉尘在沉积到雪冰中以前对SOx的捕捉,因而与微粒本身的含硫物质成分属于不同的来源. 微粒物中富含具有催化能力的过渡金属(如Fe,Ti等),它们的氧化物在冰芯记录形成之前可能对大气中的SOx氧化成为硫酸盐沉积物的过程产生光催化作用. 分析表明粉尘对SOx的吸附运载和催化作用,是造成冰芯中SO2-4与粉尘微粒记录相关的重要原因之一.