中西太平洋海山特征对延绳钓渔业和围网渔业黄鳍金枪鱼CPUE的影响

海山是海底重要的生物栖息地类型之一,是研究海洋生物多样性的热点区域。黄鳍金枪鱼(Thunnus albacares)广泛分布于中西太平洋,具有极高的生态和经济价值,然而,鲜有关于海山及其相关特征对黄鳍金枪鱼资源丰度和分布影响的研究。基于2010—2021年中西太平洋渔业委员会(Western and Central Pacific Fisheries Commission,WCPFC)汇总的延绳钓和围网渔业数据结合海山特征数据,采用广义加性模型(Generalized additive model,GAM)分析两种不同捕捞方式的黄鳍金枪鱼单位捕捞努力量渔获量(Catch per unit effort,CPUE)与海山相关特征之间的关系。结果表明,中西太平洋两种渔业方式的黄鳍金枪鱼渔获量主要来源于海山区域,海山特征对两种渔业黄鳍金枪鱼的CPUE均产生了极显著性影响(P<0.001)。在延绳钓渔业中,较高的CPUE出现在山顶深度、粗糙度、底面积和海山密度较小、坡度较缓的区域;而在围网渔业中,较高的CPUE则出现在粗糙度较小、山顶深度较大、底面积较大、较陡峭且密集的海山区域。研究探讨了中西太平洋海山特征对黄鳍金枪鱼不同群体的影响机制,为今后进一步探索黄鳍金枪鱼种群分布和资源丰度变化与海洋环境的关系提供了参考与新思路。

基于环境RNA研究海山效应对浮游细菌多样性和分布的影响

研究采用环境RNA技术探究西太平洋M4海山区细菌多样性,并与基于环境DNA技术的研究结果进行比较,解析细菌代谢活性特征。结果表明基于环境RNA和DNA技术检获的物种构成相似,但真光层中蓝细菌在RNA中的占比明显高于DNA,显示其高代谢活性;而α变形菌在RNA中的占比明显小于DNA,代谢活性低;γ变形菌在RNA中占比更大且随水层加深而增加。物种间关系网络复杂度随着水深的增加呈先升高后下降的趋势。基于RNA数据构建的网络较DNA数据网络简单,且随着水深增加变化趋势更加显著,去除蓝细菌后网络变化剧烈,而去除α变形菌对网络影响小。综上,研究基于环境RNA技术提供了海山区浮游细菌多样性及分布更加完整的认知,α变形菌在海山区多样性占比和其在群落中作用可能被高估。

九州-帕劳海脊南段及邻近海域典型海山形态特征及地质意义

对海山形态特征的定量分析与讨论,有助于理解海山的形成与演化,从而进一步了解与海山地貌形态有关的动力作用。基于九州-帕劳海脊南段及邻近海域的高分辨率海底地形和浅地层剖面资料,利用统计学、频谱分析及层序地层学等方法,查明了研究区40座海山的形态特征,并对海山的演化过程进行了分析推测,同时指出了海山对底流沉积动力的影响。结果表明,研究区海山平均高度为1374 m,平均体积为100 km3,宽高比为0.21±0.09,平坦度为0.16±0.18;在中央海盆裂谷北侧和九州-帕劳海脊南段海山高度与底面半径具有较好的线性关系,而在中央海盆裂谷南侧相关性较差;中央海盆裂谷南侧海山的宽高比明显大于北侧,可能是由复杂的应力背景和构造机制等因素所导致。总结火山演化的4种生长模型,分析认为研究区海山的形态演化与山顶高度和基底直径成比例增加的火山生长模型基本类似,可能是由于火山间断喷发导致海山顶部与侧翼同时成比例发育。

基于环境RNA研究西太平洋浅水海山区真核微生物多样性及其与细菌的关系

海山遍布大洋海底,由于其特殊海底地形和水文动力环境,孕育了丰富且特殊的生物群落。采用环境RNA技术分析西太平洋M4浅水海山区真核微生物的多样性和分布,并与环境DNA技术检获的结果进行比较,揭示二者的异同。研究发现,RNA和DNA技术检获的表层和DCM层群落结构相似,在200 m以深的水层中群落结构差异较大。共甲藻纲的相对丰度在DNA数据中占比高于RNA数据,因此可能被基于eDNA的技术高估;而甲藻纲和金藻纲则相反,存在被低估的可能性。通过真核微生物与细菌的共现网络,揭示甲藻虽然是海山区叶绿素最大层共现网络中的关键类群,但其与细菌的相互关系弱,且代谢活性较弱。金藻中行混合营养的类群以及Bicoecea类群,在深层海水中普遍存在,且具有较高的代谢活性。环境RNA技术可检获有生命活性的物种分布,为海山区真核微生物多样性及分布提供更完整的认知。

海山俯冲对地壳表层构造变形影响:基于离散元模拟的见解

本文利用二维离散元数值模拟技术模拟海山俯冲对地表浅层构造变形影响,结果表明沿增生边缘俯冲的海山与粗糙海底地形相互作用,可以赋予上覆地层独特特征:(1)海山之上发育大偏移逆冲断层,断层发育规模大、变形强、形态复杂甚至卷曲,逆冲脊在海山垂直上方,代表变形最强烈区域. (2)海山俯冲导致楔形体形状更加复杂以及不规则化,海山显著阻碍楔形体横向扩展. 通过设定不同俯冲角度进行对比试验,证明了含海山俯冲角度35°楔形体与马里亚纳型俯冲带俯冲角度大,俯冲板块与上覆板块脱离,大洋沉积物大量被削减并向下俯冲,形成窄的增生楔相似;俯冲角度25°楔形体几何形状增生楔宽度更宽,高度低,坡角略低于含海山俯冲角度35°形成的增生楔,这与智利型俯冲带俯冲角度小,俯冲板块和上覆板块耦合紧密,不利于大洋沉积物的俯冲消减,可形成宽阔的增生楔相对应. (3)海山俯冲会导致地表高速带出现以及有助于深部俯冲的沉积物向上搬运到浅部. 由此产生的断裂有助于增强跨板块边界耦合程度,增加在这种背景下发生大地震的可能性. 表明需要重新评估海山与地壳表层的相互作用,这对在增生边缘中评估海山俯冲危害具有启示意义.

中太平洋海山群玄武岩磷酸盐化特征及其对全岩地球化学的影响

大洋玄武岩是研究地幔不均一性、岩浆起源与演化的重要对象。然而,由于其长期与周围的海水相互作用,极易发生蚀变和次生变化。磷酸盐化是大洋玄武岩最常见的次生变化之一,会影响到其全岩地球化学成分,且目前仍没有去除磷酸盐化的有效方法。因此,研究磷酸盐化特征以及评估其对玄武岩全岩地球化学成分的影响至关重要。本文以中太平洋海山群(九皋和紫檀海山)玄武岩为研究对象,通过能谱面扫描元素分布图、主量元素以及微量元素揭示玄武岩的磷酸盐化特征,评估磷酸盐化对其全岩主微量元素的影响。面扫描元素分布图显示,中太平洋海山群玄武岩的磷酸盐化作用主要发生在玄武岩气孔和裂隙周围,以交代早期的碳酸盐化基质,形成细小的磷酸盐矿物,呈浸染状分布在玄武岩基质中为特点,并且磷酸盐化会不同程度地改变玄武岩的主量元素和微量元素成分:比如磷酸盐化会使玄武岩的MgO、CaO、Na_(2)O、MnO含量降低,K_(2)O和Fe_(2)O_(3)T含量升高,同时也会对相容元素(如Cr、Co、Ni等)、大离子亲石元素(Rb、Ba、Cs等)和稀土元素造成不同程度的影响。值得注意的是,在磷酸盐化过程中,玄武岩的Al_(2)O_(3)、SiO_(2)和高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf和Ti)几乎不受影响。

西太平洋维嘉海山埋藏型富钴结壳生长速率初步研究

富钴结壳是一种水成成因,生长在海底岩石或岩屑表面的皮壳状铁锰氧化物和氢氧化物,主要分布于CCD以上、最低含氧层(OMZ)中或以下800~2500 m水深之间的类叠层石结构,具典型的层状结构,奇特的韵律性生长剖面蕴含着其生长过程中所保留下来的比较完整的古海洋演化和古环境信息(任江波等,2013;王彦美等,2017)。

西南印度洋中脊53°E百神海山表层沉积物物源特征及其对热液活动的指示

超慢速扩张洋中脊具有形成大型海底多金属硫化物堆积体的潜力,其中拆离断层控制的热液区常具规模大、富Cu、Au等特征。百神海山位于超慢速扩张西南印度洋脊Gallieni转换断层内角处,发育拆离断层构造,具有产出热液活动的有利构造条件,但一直未确认该区域是否存在热液活动。本研究对该区4站表层沉积物开展了主微量、稀土元素和微区地球化学分析,结果显示研究区沉积物中含丰富的超基性岩碎屑,并可能有玄武岩角砾的影响。沉积物中的有孔虫壳体富集Fe、Mn等热液元素,表明研究区受到热液组分的影响。根据富集特征的空间分布,可以推断热液活动喷口的位置靠近研究区的A3站位。这一综合分析深化了对该海山沉积物物源的认识,同时为超慢速洋中脊热液识别或找矿提供了有力线索。

西太平洋菲律宾海海山区微生物原位富集及其物种多样性分析

为了研究海山区微生物对外源有机物输入的响应情况,更好认识海山区微生物多样性以及它们在深海碳循环中的作用,本研究以硫粉烷烃混合物(CS)、活性污泥(HX)、几丁质(JDZ)、D型天冬氨酸(D-Asp)、二甲基砜(DMSO2)、聚-β-羟丁酸(PHB)等6种不同有机物为底物,通过深海水体原位定植培养系统,分别在西太平洋菲律宾海的海山山顶(2929 m)和山麓(4707 m)进行了为期10个月的微生物原位富集培养。结合高通量测序技术和分离培养方法,对深海原位富集样品进行了微生物多样性分析以及可培养微生物分离鉴定。16S rRNA基因高通量测序结果表明,6个样品共富集得到属于细菌域的15门27纲61目96科150属200种。不同底物富集样品的细菌物种组成差异较大,表明不同底物选择性富集了特定类群微生物。其中,硫粉烷烃混合物富集样品优势属包括Roseobacter_clade_NAC11-7_lineage属、摩替亚氏菌属(Moritella)等;活性污泥富集样品优势属为假交替单胞菌属(Pseudoalteromonas)、Fusibacter属等;几丁质富集样品优势属为弧菌属(Vibrio);二甲基砜富集样品优势属为假交替单胞菌属、鲁杰氏菌属(Ruegeria)等;D型天冬氨酸富集样品的优势属为假交替单胞菌属;聚-β-羟丁酸富集样品优势属为鲁杰氏菌属、Fusibacter属等。对6个原位富集样品进行平板分离培养,共分离鉴定得到277株可培养细菌,分属于5门8纲19目35科63属92种,其中潜在新种62株和潜在新科5株,表明菲律宾海海山环境蕴含了丰富多样的海洋微生物。它们在深海物质循环中的代谢机制和生态贡献还有待进一步研究。

从“海山仙馆”说起“仙山楼阁”意象图式的溯源与流变

中国人的山水观形成源于对自然之美的赞叹,古人在赞叹“天地有大美而不言”的同时将山水观念渗透到对其聚居环境的创造之中,这是一种“集体记忆”在长期人与景观互动中塑造的“地方认同”,并体现在古今营造活动中的某种空间结构。“仙山楼阁”的图景源自上古神话,体现了先民对自然的崇拜、敬畏和健康长寿的愿望,累世积淀,逐成为中国文学、绘画与园林创作的经典意象。本文将以位于珠江滨岸滩涂的历史名园“海山仙馆”研究为切入点,解读“仙山楼阁”意象的地域表达与演绎,探析其空间原型的萌芽、空间模式的确立及流变。引入意象图式的概念,有利于将物质实体转向空间结构逻辑认知,对探索传统空间模式的传承与当代转译具有启发性。

从果基鱼塘到岭南名园--清末广州海山仙馆园林空间营造机理溯源

海山仙馆系晚清广州富商潘仕成所建私园。作为清末岭南园林发展盛期的典型代表,海山仙馆与奢华的行商花园保持着相当大的距离。以潘的交往游历为基础,考察园主的造园意志和日常生活,尝试廓清海山仙馆的源流变迁与空间布局,并对主要园林建筑进行空间溯源。海山仙馆的空间格局源于明清广州城西围垦造田形成的果基鱼塘,经由唐荔园的早期私园化,实现从农业生产景观到岭南名园的转变。潘借鉴蓬莱神话衍生的园林模式,顺应基塘围合并联的分布特征,将其与日常生活相结合,使海山仙馆具备了雅集、贮藏等诸多功能,并发展出相应的空间系统。

西太平洋海山的形成演化及对钴成矿的控制作用研究

西太平洋海山区蕴藏着丰富的钴结壳、磷酸盐等矿产资源,对国家的战略发展具有重要的意义。从地理位置上看,西太平洋海山区紧临菲律宾海,与我国距离较近,是未来我国最经济、最具前景的国际海底资源勘探开发合同区。因而从资源角度来说,针对西太平洋海山的科学研究异常迫切。

中太平洋海山区尖顶和平顶海山结壳成矿与分布的比对研究

尖顶海山和平顶海山是洋底海山的两种类型,同时也是富钴结壳资源赖以成长的主要载体,两者在地形上具有显著差别,资源状况和分布也不尽一致。以地形分类为基础,就中太平洋海山区两类海山结壳的成矿特征、宏微观构造、矿物和化学组成以及空间分布等进行了比对研究。研究认为,尖顶海山体积虽小,但地形演化连续,底层流及环境氧化性较强,有利于结壳的长期稳定生长,结壳厚度总体较大,富成矿元素和生物组分,远景成矿区域连续绵长。平顶海山山体巨大,顶部和斜坡陡崖区不利于结壳成长,底流活动只在山顶边缘和山脊地带表现突出,环境氧化性整体较弱,后期构造活动相对频繁,结壳总体厚度较小,铁,碎屑和热液组分含量较高,远景矿区相对狭窄。

西太平洋卡罗琳M4海山区悬浮体分布及其影响因素

海山可以通过与洋流的相互作用改变水体结构,促进悬浮体以及海洋生物的再分配,进而影响海洋生物地球化学过程,促进大洋物质和能量交换。西太平洋有着复杂的环流结构,也是海山分布最多的海区之一。为研究西太平洋海山区的悬浮体分布及其控制机制,2017年夏季在西太平洋卡罗琳M4海山区进行现场调查,利用扫描电镜分析了该海山区悬浮体样品的物质组成及分布,并结合温度、盐度和荧光叶绿素a浓度数据,讨论了海山对悬浮体分布的影响。结果表明,M4海山区的悬浮体由生物碎屑、矿物颗粒和絮凝体等组成。海水的强烈层化阻碍了该海山区下层营养物质的上涌,使上层水体呈现出寡营养的特征,导致大部分站位悬浮体丰度较低;但在海山顶部,潮流和海山地形相互作用在山顶上方形成反气旋环流,不仅促进了深水的营养物质向上扩散,使得荧光叶绿素a浓度升高,同时对平流输送来的以及从深水中上涌的悬浮体起到了滞留作用,使山顶上方的悬浮体丰度远高于离山顶较远的位置。随着水深的增大,温、盐跃层的强度减弱,水体中的营养盐浓度升高,为浮游生物的生长提供了适宜的环境,进而使生物碎屑及絮凝体的丰度升高。北赤道潜流挟带来自西太平洋近岸海区的陆源矿物颗粒到达M4海山区,使该海山区300~500m水层中的矿物颗粒丰度显著增加。

九州-帕劳海脊13°20′N海山铁锰结壳生长过程中Si、Al、Ca的含量变化及对碎屑物质供给的指示

作为深海铁锰结壳的重要组成部分,碎屑物质类型多样,不仅影响关键金属富集成矿,而且还可以指示结壳形成过程中的古海洋环境和重大地质历史事件。本文对九州-帕劳海脊13°20′N海山铁锰结壳样品进行了扫描电镜和激光剥蚀微区分析,并结合前期研究工作,发现大颗粒的碎屑物质主要由亚洲大陆风尘来源的石英、长石或两者的聚集体,以及主要分布在结壳外层的有孔虫壳体所组成,而细颗粒的碎屑物质包括陆源风尘沉降和周边岛弧物质风化搬运共同带入的黏土矿物,以及各种形态的生物体及其残片。结壳形成的早期其碎屑物质的供给量处于高峰阶段,晚期则降低到谷底,该趋势与Si、Al在结壳各层位中的含量分布特征一致,且可能有相当数量的细颗粒生物硅进入了铁锰氧化物纹层。结壳内早期被动增生的钙质生物体在中后期会遭受破碎和溶解,但其中的Ca并没有完全从结壳内迁移出去,而是大量被铁锰氧化物所吸附。结壳中的Ca主要赋存在细颗粒碎屑物质中,使得Ca在各层位全样样品和铁锰氧化物微区纹层中的含量极为相近,这与Si、Al的特征完全不同。研究区结壳样品属于典型开阔大洋海山型结壳,但因为受亚洲大陆风尘物质和硅藻供给的影响,其内部关键金属的富集在一定程度上受到了制约。

海洋地质数据挖掘系统研发及在海山年龄预测中的应用

利用数据挖掘技术分析海洋地质调查数据,以获取其中隐藏信息,对推进海洋地质数据的科学高效利用具有重要意义。在模块化设计原则下,利用Python语言开发海洋地质数据挖掘相关的核心功能,利用WinForm搭建人机交互界面,并通过参数交互的方式实现了界面和后台功能间的互动。基于综合地质地球物理资料,利用软件预测了太平洋海山年龄。预测结果精度高于利用传统克里金插值方法所得结果的精度。应用结果表明,所开发软件的数据预处理、指标分析、综合评价等功能具有很好的实用性。

麦哲伦海山群富钴结壳元素地球化学特征及赋存状态

为探究大洋富钴结壳的元素地球化学特征和赋存状态,以西太平洋麦哲伦海山群5个富钴结壳样品为研究对象,通过X射线衍射法、等离子体发射光谱法、等离子体质谱法及相态分析手段,分析了富钴结壳的矿物组成、主量元素和稀土元素含量。结果表明,富钴结壳样品主要结晶矿物为水羟锰矿,次要矿物包括石英、斜长石和钾长石,同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物。富钴结壳样品中Mn和Fe含量最高,Mn为16.87%~26.55%,Fe为14.34%~18.08%。富钴结壳明显富集稀土元素,其稀土总量为1287~2000μg/g,Ce含量为632~946μg/g,约占稀土总量的50%;轻稀土含量为1037~1604μg/g,重稀土含量为249~395μg/g,轻稀土元素明显高于重稀土元素。稀土元素配分模式呈现Ce正异常而Eu无异常,具有Ce富集特征。麦哲伦海山群富钴结壳是水成沉积成因,基本没有受到海底热液活动和成岩作用的影响。元素赋存状态与其矿物相密切相关,Na、K、Ca、Mg和Sr主要赋存于碳酸盐相,Mn、Ba、Co和Ni主要赋存于锰氧化物相,Fe、Al、P、Ti、Cu、Pb、V、Zn、Zr和REE主要赋存于铁氧化物相,部分Al和K赋存于残渣态。该研究对于西太平洋麦哲伦海山群富钴结壳的成矿理论研究提供了科学依据。

卡罗琳M4平顶海山区地貌特征与地质过程研究

卡罗琳M4平顶海山位于卡罗琳海脊与马里亚纳海沟交界处,对其地貌与地质过程的研究有利于深入理解地球动力及环境背景与该地区海山演化的关系。基于“科学”号实测的全覆盖多波束水深数据与“发现”号遥控无人潜水器(remote operated vehicle, ROV)多次下潜获取的近海底影像资料,描述了卡罗琳M4平顶海山及附近区域的地形地貌特征,并对影响海山演化的主要地质过程进行了分析。线性喷发中心等火山地貌指示了研究区内沿线性喷口的裂隙式喷发活动。“C”字型的弯曲形态与陡崖说明山顶平台边缘经历过多次崩塌与破坏,滑坡痕与沉积块体/碎屑组成了块体搬运体系,并在中下段斜坡转变为浊流形成冲沟与水道。M4海山顶部还发育有较为完整的残留环礁地貌,其被淹没的机制可能是由于上升流输入的丰富营养物质影响了底栖环境的光照,从而抑制了珊瑚生长。

西北太平洋采薇海山富钴结壳矿物学和地球化学特征

富钴结壳是一种富含Mn、Co、Ni和稀土元素(镧系元素加钇,简称REY)等元素的海底矿产资源。本文研究的富钴结壳样品是“科学”号在2018年HOBAB5航次于西北太平洋采薇海山的山顶边缘上通过电视抓斗获得的。利用扫描电镜、X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析了富钴结壳的显微构造、矿物学特征和地球化学特征,并探讨了其成因类型和形成机制。富钴结壳的结构从内到外可分为土黄色的疏松层(C8-5)、黑色铁锰致密层(C8-2、C8-3和C8-4)和发育葡萄状球体的粗糙表面(C8-1)。土黄色疏松层孔隙度较高,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石、钠长石、钙十字沸石和钡镁锰矿,Mn的含量较低,Al的含量较高。黑色的铁锰致密层孔隙度较低,呈柱状构造,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石和钠长石,Al含量有所下降,Mn含量升高,说明陆源物质的供应逐渐变少。在富钴结壳的生长后期,其主要显微构造由柱状构造向斑杂构造转变,二者的过渡区域为铁锰氧化物与富Si碎屑物质组成的层状构造。富钴结壳各层位的Mn/Fe比值为1.16~1.85,且各层位Ce呈正异常,Y呈负异常,以上特征表明富钴结壳为水成成因型,其金属元素来源于氧化性海水,未受到热液活动的影响。依据富钴结壳的年代学数据,可知从渐新世末期到上新世中期,富钴结壳的生长过程一直受控于太平洋深层水。Co/(Fe+Mn)和Co/(Ni+Cu)的不断升高表明富钴结壳一直在氧化性较高的海水环境中生长。相较于其他大洋和海区,采薇海山富钴结壳具有高含量的Co、Ni和REY,具有极高的经济价值和开采价值。

西太平洋采薇海山群富钴结壳铂族元素地球化学特征与来源

为探讨富钴结壳铂族元素的来源,以西太平洋采薇海山群富钴结壳样品为研究对象,利用X射线衍射法、等离子体发射光谱法和质谱法,对富钴结壳样品进行了矿物组成、主量元素和铂族元素含量分析。研究表明,富钴结壳的主要结晶矿物为水羟锰矿,次要矿物有石英、斜长石、钾长石和碳氟磷灰石,同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物。富钴结壳中Mn和Fe含量最高,且明显富集铂族元素,铂族总量为142~1352ng/g,其中Pt为114~1268ng/g,占铂族总量的80%以上。老壳层的铂族元素含量高于新壳层,老壳层发生了磷酸盐化作用。富钴结壳的铂族元素之间发生了分异作用,Pd组(PPGE)含量高于Ir组(IPGE)。铂族元素配分模式显示Pt正异常和Pd负异常,具有Pt富集而Pd亏损特征,推测富钴结壳的铂族元素来源于洋壳蚀变过程中海山玄武岩和海水之间的水−岩反应。富钴结壳的铂族元素与CaO、P_(2)O_(5)、Ba和Cu正相关,推测铂族元素赋存于磷酸盐矿物相中。富钴结壳生长剖面从上到下,由新到老,铂族元素含量呈逐渐增加趋势,海水氧化性环境和高海洋生产力可增进磷酸盐化作用,从而进一步促进了铂族元素的富集。该研究对于揭示富钴结壳铂族元素的来源具有一定的参考价值。