长江口—东海内陆架悬浮重矿物组成与颗粒特征

沉积物重矿物矿物组成和颗粒大小对揭示沉积物源和水动力分选过程具有重要指示意义。然而,受研究手段的制约,对于长江细粒沉积的重矿物组成和物源、水动力分选之间关系的探究还尚属空白。本研究利用自动定量矿物分析系统(TIMA)对长江口—东海内陆架不同水层悬浮物的重矿物组成和颗粒大小进行了研究,同时,结合电子探针分析对细粒级重矿物自动识别结果进行了验证。研究表明,长江口悬浮物中特征重矿物组合为角闪石—绿帘石—铁质金属矿物,与长江下游沉积物特征重矿物组合一致。长江口悬浮物与长江下游沉积物的重矿物组成具有极好的相关性,指示其来源与长江有关。而长江口外悬浮物中赤/磁铁矿相对富集,可能是强潮作用导致的中等密度重矿物再搬运和扩散的结果。值得关注的是,在舟山群岛附近站位悬浮物样品中发现了铬铁矿的异常富集,推测与海区人类生产活动有关。长江口悬浮重矿物颗粒绝大部分为粗粉砂—极细砂,富集在悬浮物中的较粗粒级(Φ<D_(0.5))中,主要由径流携带搬运。不同水层悬浮物中不同类型重矿物的粒径无明显差异,受沉降差异的影响小。

长江口-东海陆架黏土中高活性铁的富集效应及环境控制机制

铁元素的化学相态分析是深入理解沉积物的来源、环境演化以及铁参与的生物地球化学循环的关键手段,但不同粒级沉积物中铁化学相态研究薄弱,制约了表生铁循环的研究认知。本文选择长江口-东海陆架表层沉积物,通过六步提取法分析沉积物全样及其黏土组分中总铁(FeT)、高活性铁(FeHR)、弱活性铁(Fe_(PR))和不活性铁(Fe_(U))的含量,含量均遵循Fe_(HR)>Fe_(PR)>Fe_(U)。全样中Fe_(T)和Fe_(HR)的含量与平均粒径、黏土、有机碳和铝含量密切相关,表明富含有机质的黏土矿物易于富集高活性铁;相较于全样,黏土组分中Fe_(HR)/Fe_(T)比值升高10%,而Fe_(PR)/Fe_(T)比值则降低10%,反映黏土组分对高活性铁的富集效应。河口动力环境基本控制沉积物中Fe的相态分布,长江口最大浑浊带沉积物全样中Fe_(T)和Fe_(HR)含量较高,且受粒度的影响显著;黏土组分可以显著消除粒度效应的影响,Fe_(T)和Fe_(HR)被大量截留在最大浑浊带前缘的河口低盐度区域;而在中高盐度的口外区域,Fe的来源相对稳定,主要为富Fe_(HR)的长江源和贫Fe_(HR)的陆架源沉积物混合。本研究揭示黏土组分在流域-河口-陆架的迁移可能主导了高活性Fe在陆海界面的分布和循环过程,这对深入理解入海颗粒态Fe的源汇过程、地球化学循环及其环境效应有重要参考价值。

巢湖北部耙子山—马家山区域断裂构造演化特征研究

巢湖北部的耙子山—马家山区域,由于不同时期不同性质的构造相互叠加,呈现出相对复杂的地质构造现象。研究认为:该区主要经历了印支、燕山两期构造运动,多期次构造运动相互干扰、相互叠加,从而形成了复杂多变的断裂构造演化特征。

2019年夏季长江口及邻近海域锋面控制下叶绿素a的分布特征及其环境影响因素分析

长江口外潮汐混合和低盐度羽流形成的泥沙锋和羽状锋对浮游植物与环境因子的空间分布具有重要控制作用。本研究依据2019年夏季长江口及邻近海域典型断面叶绿素a (Chl-a)浓度和环境因子的调查结果,以锋面为边界,探讨了不同区域Chl-a浓度与环境因子的分布特征及相互关系,以期深入了解锋面的生态效应。结果表明,在泥沙锋以内的近岸区域,水体垂直混合均匀;受长江径流输入和泥沙锋"屏障"作用影响,总悬浮物(TSM)和营养盐浓度最高,其中TSM为220.0±275.3 mg/L,溶解无机氮(DIN)、溶解无机磷(DIP)和溶解硅酸盐(DSi)分别可以达到94.7±21.2μmol/L、0.85±0.33μmol/L和95.3±22.6μmol/L;高浓度TSM引起显著的光限制效应,导致Chl-a浓度较低(1.7±0.5μg/L)。在羽状锋以外的区域,出现垂直层化现象;表层海水的TSM和营养盐显著降低,其中TSM为5.1 mg/L,DIN、DIP和DSi分别为1.0μmol/L、0.03μmol/L和2.4μmol/L;Chl-a浓度受到营养盐供应不足的影响,浓度仅为0.2μg/L。高浓度的Chl-a (7.5±4.1μg/L)主要出现在泥沙锋和羽状锋之间的过渡区域,该区域营养盐得到长江径流与上升流的补充;同时,由于大量TSM在泥沙锋快速沉降,缓解了水体的光限制效应,有利于浮游植物的生长和积累。研究结果验证了泥沙锋和羽状锋对TSM与营养盐的重要控制作用,这对于理解长江口及邻近海域藻类灾害高发区的成因具有科学参考价值。

基于氢氧同位素方法的城市水体蒸发定量估算

氢氧稳定同位素常用于水体蒸发研究,但传统同位素分析手段会明显制约水量平衡的定量估算。基于国际上新发展的液态水氢氧同位素分析技术,分析了2012年10月和2013年1月上海市区河水的氢氧同位素组成。研究发现,10月份河水蒸发量可达8.6%,1月份蒸发量仅为2.8%;受蒸发量的影响,10月河水δ18O平均值(-6.60‰)高于1月(-6.95‰);而因1月河水的同位素分馏程度高于10月,使δD的平均值(-48.04‰)高于10月(-49.13‰)。河水蒸发线为δD=4.4δ18O–16.5,在一定程度上反映了上海地区少雨季节(11月至翌年4月)流通性相对不畅的水面受蒸发影响的程度。该研究可为定量估算大型水库以及与地表径流交换较弱的湖泊等水体蒸发量和水循环机制研究提供借鉴。

川东南小河坝组砂岩成岩作用与孔隙演化

通过普通薄片鉴定、铸体薄片鉴定、扫描电镜、X射线衍射以及阴极发光等多种实验测试手段对川东南地区小河坝组砂岩成岩作用以及孔隙演化进行详细研究。研究结果表明:研究区小河坝砂岩主要以含泥长石石英粉砂岩为主,少量的长石粉砂岩,碎屑颗粒组合具有高石英、高长石、低岩屑的特点。原生残余粒间孔和次生溶蚀孔是小河坝砂岩的主要孔隙类型。压实作用是造成原生孔隙减少的主要因素之一,溶蚀作用改善了砂岩的孔隙度,而胶结作用,尤其是钙质胶结,造成孔隙度的进一步降低。

川东南小河坝组砂岩成岩作用及其演化

本文通过普通薄片鉴定、铸体薄片鉴定、扫描电镜、X射线衍射以及阴极发光等多种实验测试手段对川东南地区小河坝组砂岩成岩作用以及成岩演化进行详细研究。研究结果表明:研究区小河坝砂岩主要为泥质石英粉砂岩、泥质长石石英粉砂岩、钙质粉砂岩,具有高石英、低岩屑的特点。成岩作用主要包括压实作用、胶结作用、交代作用以及溶蚀作用,成岩作用处于晚成岩B期。原生残余粒间孔是小河坝砂岩的主要孔隙类型。压实作用是造成原生孔隙减少的主要因素之一,溶蚀作用改善了砂岩的孔隙度,而胶结作用,尤其是钙质胶结造成次生孔隙进一步减少。

长江河水氢氧同位素组成示踪流域地表水循环

基于2012-2015年开展的6次长江干、支流系统采样和南通站3个水文年的连续采样,通过氢氧同位素组成(δD和δ^(18)O)分析,研究长江干流河水氢氧同位素时空变化特征及其对流域地表水循环的指示。结合多年同位素数据,长江干流多年平均河水线可以表示为:δD=7.56δ^(18)O+6.75,n=333,R^(2)=0.9399,p<0.0001。长江干流河水同位素组成的空间变化受不同来源、蒸发作用以及人类活动的共同影响,并表现出大陆效应、纬度效应和海拔效应。下游河水同位素组成的季节性变化主要受控于季风降水,月际变化则主要受三峡大坝调蓄过程与下游两湖贡献比例的影响;尤其在洪峰事件中河水同位素异常偏正,反映中下游湖泊群、稻田水、地下水等显著贡献。流域大规模的大坝建设对河水的拦蓄和混合均一化作用,显著影响了长江流域水循环过程,其对河流和近海生态环境影响值得深入研究。

南渡江河口水体氢氧同位素特征及对台风“海鸥”的响应

夏季亚热带地区频繁的台风天气对河口水体环境具有重要影响。以2014年台风"海鸥"过境前后在南渡江河口地区的水文要素现场观测资料,分析了台风降雨前后南渡江河口地区的水体同位素组成特征和变化规律。研究表明:大气降水是控制台风"海鸥"期间河水氢氧同位素的主要因素,其主要来源为热带太平洋地区输送的水汽。台风"海鸥"过后,降雨补给变少,温度升高,蒸发作用加强,氢氧同位素值有所升高。台风带来的大量河流淡水资源入海改变了河口水体环境,使得潮流界向河口后退,水体混合强烈,口门外形成咸淡水锋面。此次观测研究将有助于认识台风对亚热带地区中小河流河口水循环过程的影响。

海底反风化作用与关键元素循环

海洋环境中的反风化作用是指硅与可溶性阳离子结合形成自生铝硅酸盐矿物(黏土),同时消耗海洋碱度并释放CO_(2)的过程。反风化假说提出半个多世纪以来,作为全球海洋碳、硅和关键元素循环以及海洋碱度的重要调控机制,越来越受到学术界的关注。反风化作用可发生在河口三角洲与边缘海、热液或深埋藏的成岩环境以及深海远洋等环境,但不同海洋环境中的反风化反应从发生时间尺度到反应限制因素都具有差异。反风化作用研究的主要方法包括自生硅酸盐矿物的直接观测、孔隙水与沉积物的化学分析、实验模拟和模型研究等,而反风化作用的程度量化、限制因子解析和对海洋关键元素循环的影响一直是反风化研究的关键问题。当前快速发展的非传统稳定(金属)同位素技术为反风化研究带来了新机遇。东亚大陆边缘发育世界特大河口三角洲、宽广陆架以及特色热液活动区,泥质沉积体系发育,界面交换活跃,是开展大陆边缘反风化研究的天然实验室。

浙闽中小河流水体氢氧同位素组成特征及时空变化

山溪性中小河流在全球沉积物由陆入海过程中扮演着重要角色,过去研究主要关注于河流入海物质通量估算及河口区环境评价,而对其相关的水循环研究较少。以浙闽沿海地区代表性中小河流(如椒江和木兰溪等)不同季节河水δD和δ^(18)O组成为研究基础,结合中国东部季风区降水及河流水文资料,旨在探讨浙闽典型中小河流氢氧同位素组成的时空变化特征及控制因素。研究发现,不同季节河流氢氧同位素组成变化显著,夏季河水主要补给来源为降水,冬季则主要受地下水的调节。空间上,干流河水夏季δ^(18)O沿程变化不大,冬季受沿程蒸发作用的影响,呈现由上游向下游逐渐偏正的趋势;受降雨量效应及地下水纬度效应的综合控制,冬季河水δ^(18)O随纬度升高明显偏负。河口区冬季样品δ^(18)O与盐度具有很好的相关性,结合我国东部其他河口数据,为研究我国东部海域周边沿岸流时空变化提供了新的参考手段。

地球上最大天然碳洋葱的发现

碳洋葱(洋葱状富勒烯)在实验室里可用多种方法合成,然而天然碳洋葱仅见于地球上的零星地质样品.利用高分辨透射电子显微镜技术,在采自福建永安煤田二叠系含煤地层的7件岩浆热变质煤中识别出天然碳洋葱,并且发现了迄今为止地球上最大的天然碳洋葱(外径约为55nm).研究区二叠系含煤地层中广泛分布花岗斑岩侵入体和石英热液脉体,采集的构造煤样中裂隙和摩擦镜面极其发育,镜质体最大反射率值介于4.0~9.5%.煤中天然碳洋葱有单核或多核,具有24~46个石墨壳层,外径范围为24~55nm;其外径、石墨壳层数量与镜质体最大反射率之间呈显著正相关性,指示碳洋葱是岩浆侵入导致的煤变质过程中形成的次生产物.研究认为岩浆热变质煤中的天然碳洋葱是化学气相沉积成因.同时,推测天然碳洋葱类似于气相沉积的热解碳,主要赋存在煤岩裂隙或孔洞中,这也是造成研究区岩浆热变质煤中碳洋葱分布不均匀的主要原因.

流域风化过程稳定锶同位素的分馏与示踪

稳定锶同位素(δ88/86Sr)是近年来新兴的一种非传统稳定同位素,应用其示踪大陆风化过程与海洋锶循环已成为学术界一个研究热点。目前稳定锶同位素质谱测试精度可优于0.03‰,自然界不同地质体δ88/86Sr的变化范围为-3.65‰~1.68‰。研究发现,流域风化过程中原生矿物的差异性溶解、次生矿物的形成与吸附作用、碳酸钙沉淀以及生物作用都会使得流体相δ88/86Sr升高,而固体相δ88/86Sr降低,从而导致稳定锶同位素在河流溶解态和颗粒态具有不同的地球化学行为。河流沉积物δ88/86Sr随着风化强度的增强而降低,具有示踪流域化学风化强度的潜力。同时,当前亟需深入研究表生风化过程中稳定锶同位素的分馏机制及制约因素,这是运用河水δ88/86Sr示踪流域化学风化的关键,也为深入理解全球海洋锶循环提供借鉴。

春季台湾海峡西南部南海暖流起源:海水氧同位素示踪

海水氧同位素(δ^18O)是示踪水团起源和混合过程的重要指标.文章依据台湾海峡西南部水文观测、HY-COM分析资料及海水氧同位素数据,探讨了台湾海峡西南部南海暖流的水体来源及其成因机制.结果表明,黑潮次表层水能够入侵至台湾海峡西南部陆坡区,并在陆坡处伴有爬坡涌升现象.δ^18O-盐度关系进一步表明,春季台湾海峡西南部南海暖流起源于黑潮次表层水入侵南海形成的陆坡流爬坡偏转,而非来源于海南岛东侧形成的南海暖流西段.此外,浙闽沿岸流朝南延伸影响可至台湾浅滩处,并在台湾浅滩西侧约23.5°N处离岸输送对南海暖流产生一定的影响.本研究也进一步揭示,海水氧同位素相比传统温盐点聚图和HYCOM分析资料对水团的运动和起源判别更敏感,它们结合可以更可靠地示踪陆架水团混合过程.

太平洋年代际振荡对中国东部季风区降水影响的新证据

简要介绍了太平洋年代际振荡(PDO)的研究历史.在此基础上,选择两个分别来自长江下游和黄河口的钻孔沉积记录,探索百年以来沉积物粒径变化对PDO波动的响应.研究结果表明,来自河口附近的两个钻孔沉积物粒径变化与PDO波动有显著的相关性.主要原因是PDO在年代际尺度上影响了东亚季风区的降水,进而改变了长江和黄河流域的水动力条件,并最终体现在沉积物粒度的变化上.进一步分析显示,PDO处于不同位相时期,受降雨中心移动的影响,长江和黄河沉积物粒度呈现出不同的变化规律.同时,本文还选择中国东部其他代表性高分辨率地质环境替代指标,如石笋和树轮,对比研究多种环境指标对PDO波动响应的差异.结合重建的PDO数据,本文发现近二百年以来钻孔沉积物粒度对PDO波动同样有一定的响应,未来可以作为研究PDO对中国东部地区降水影响的新证据.本文从地质学角度比较了PDO与中国东部降水之间的关系,再次印证了前人关于PDO影响中国东部气候环境的研究成果,为PDO的研究提供了一种新的指标,对年代际尺度上中国东部地区气候环境演化历史的重建和未来气候预测都具有一定的指导意义.

湖泊水位记录支持中国北方全新世中期降水达到最高值

东亚夏季风北边界的湖泊水位记录所指示的区域全新世夏季风演化历史备受争议.文章以中国北方一个封闭湖泊过去15000年来甘油二烷基甘油四醚(GDGTs)的记录来探讨此问题.湖泊表层和岩芯沉积物数据结果显示,GDGT-0和brGDGTs均来源于湖泊内部自生.从湖岸到湖中心,表层沉积物中GDGT-0和brGDGTs含量随着水深增加而逐渐增加,且由brGDGTs得出的温度数值逐渐减小.这是由于生产这些GDGTs的厌氧微生物偏向于在缺氧的底层湖水环境中生存.相应地,基于brGDGTs的温度与pH指标应该反映的是湖泊底层水的状态,而底层水状态很大程度上受控于湖泊水位或水深的变化.岩芯沉积物中GDGTs记录结果显示,末次冰消期到早全新世,湖泊水位逐渐增加;9.5~5ka BP期间水位保持高值,5ka BP之后水位逐渐降低.本文得出的独立可靠的湖泊水位变化记录大致与该区域的孢粉记录一致,均支持全新世中期区域降水达到最高值.