虚拟仿真技术在海洋科学实验教学中的应用

海洋科学实验实践课程在海洋人才培养过程中发挥重要作用,其在教学中存在的问题也十分突出。虚拟仿真技术作为一种新兴的教学手段,不仅可以解决传统海洋实验教学中存在的问题,还可以适应疫情等突发情况下实验实践课程的线上化。基于虚拟仿真在海洋科学实验教学中的必要性,综述了国内涉海高校虚拟仿真平台的应用现状与特征,对海洋科学领域虚拟仿真平台的不足与建设方向进行了总结与展望,以期推动仿真技术在海洋科学领域的更为广泛的应用。

碎屑石榴石地球化学物源分析与解释:粒度的影响

单矿物地球化学分析是沉积物源分析研究的重要手段,运用广泛。沉积物中碎屑矿物的粒度组成,即水动力分选作用,是否影响到基于这种方法的物源解释,目前尚不清楚且受到的关注不多。通过研究柴达木盆地北缘地区第三系沉积物中的680颗碎屑石榴石(0.068~0.557 mm)的主量元素地球化学组成数据,解释了不同粒度的碎屑石榴石物源。结果显示,0.063~ 0.125 mm的碎屑石榴石的地球化学结果中Fe^2+与Mn^2+含量更高,表明其母岩的变质结晶程度较弱,故物源解释结果更可能为中—低级角闪岩相变沉积岩,而其他粒径的碎屑石榴石Ca^2+与Mg^2+含量更高,这说明其物源区的温压条件较前者高,因而物源解释结果为低级变质相,中酸性火成岩,榴辉岩等宽泛结果。这种碎屑石榴石粒度差异导致的地球化学组成的不同,说明碎屑石榴石的颗粒大小在一定程度上会影响物源解释结果。因此,在进行单矿物地球化学物源研究时,选取特定粒径(0.063~ 0.125 mm或0.125~ 0.25 mm)组成的碎屑矿物进行分析,可以消除水动力分选作用的影响,有助于获得更为准确的物源解释结果。

大亚湾及其邻近海域夏季温度、盐度的分布特征

利用2018年7月在大亚湾及其邻近海域大潮期间定点准同步连续观测的CTD资料,分析了调查期间研究海域温度和盐度的分布及其日变化特征,并探讨其可能成因。结果表明:大亚湾海域表层温度分布由湾顶向湾外呈现“内高外低”的态势,盐度分布由湾内向湾外逐渐递增,10 m层也大体呈现湾内高温低盐、湾外低温高盐的特点。湾内垂向混合较为均匀,而湾外由于上、下层两种性质不同水体的叠置,存在较强的温度和盐度跃层。温度、盐度日变化因地而异,且差异明显,其变化主要受到太阳短波辐射、温排水、潮流等因素的影响。

海洋氮循环中间体羟胺的研究进展

羟胺(NH_(2)OH)是海洋中极为活跃的痕量氮素之一,是氨氧化、硝酸盐异化还原成铵和厌氧氨氧化等诸多氮循环过程的关键中间产物,是构架海洋氮循环网络的重要组成。同时,NH_(2)OH也是温室气体氧化亚氮(N_(2)O)的重要前体物,与海洋N_(2)O的产生与释放紧密关联。因此,系统理解NH_(2)OH在海洋中的源汇格局、时空变异及其调控机理,对刻画海洋氮循环以及气候效应至关重要。然而,由于NH_(2)OH在海洋中纳摩尔级别浓度及其复杂、活跃的迁移转化过程,使得海洋学界对于NH_(2)OH的认识仍不清晰。系统综述了当前关于海洋NH_(2)OH的研究进展,重点总结了NH_(2)OH潜在的源汇过程、测定方法及其对海洋N_(2)O产生的可能贡献,以及海洋中NH_(2)OH的分布特征及其潜在影响因素。最后,梳理了关于NH_(2)OH测定和影响其分布的可能机理等方面存在的问题和难点,提出未来海洋NH_(2)OH研究的建议与展望。

大沽河流域地下水溶解有机物的三维荧光光谱特征(英文)

利用三维荧光光谱研究了大沽河流域地下水中溶解有机物(DOM)的荧光组分类型及其空间分布与变化,并与地表河水进行了比较。基于平行因子分析模型在大沽河流域识别出2个类腐殖质组分及1个类蛋白质组分。研究区域上、下游地下水中各荧光组分的强度低,但中游区域呈现高值区,与人为污染的下渗输入以及为阻止海水入侵而修建的截渗墙对地下水循环模式的改变有关。地下水DOM以类腐殖质组分为主,类蛋白质组分平均只占15%,不及地表河水的一半,其新鲜度指数(β/α)也低于河水但荧光指数(FI)、腐殖化指数(HIX)高于河水,表明地下水DOM的腐殖化程度更高,与地下水停留时间长、微生物降解作用的贡献更为显著有关。本研究揭示,三维荧光指纹技术可区分天然背景及人为活动对地下水中DOM含量及性质的影响,是研究地下水环境中的碳循环过程及其影响因素的有用工具。

硅酸盐化学风化强度评估的沉积物指标与方法研究进展

风化作用是源-汇沉积体系中的重要环节,气候、构造、地形、植被和岩性在不同程度上控制着地表硅酸盐化学风化,量化硅酸盐化学风化强度有助于开展全球性的实例研究对比。本研究归纳总结了基于碎屑沉积物的化学风化强度指标,包括岩石学和矿物学指标、元素地球化学指标和非传统稳定同位素指标,并指出了指标在应用中存在的问题。这些指标中:砂质沉积物骨架颗粒组成、粉砂级碎屑的矿物组成和矿物表面结构特征从矿物组成和结构上直观地反映了化学风化强度,运用不多但值得关注;黏土矿物组合和主微量元素指标如CIA、Rb/Sr、α^(AlE)等在实例研究中运用广泛,同时也显现出易受物源和水动力分选影响等弊端;新近开发的利用锂、硼、钾、镁、硅等同位素示踪化学风化强度的方法具有广阔的应用前景,同位素的分馏机理有待完善。源-汇体系中的其他过程如物源供给、水动力分选、成岩作用、再旋回作用、成土作用、物理淋滤和生物利用等会影响化学风化指标的使用效果,通过多指标的综合运用和相互验证,可以有效提升化学风化强度评估的准确性。

中国边缘海氮循环过程和源汇格局——以南海为例

边缘海氮循环过程研究是全球海洋氮循环研究的重要组成部分,对全球氮源汇格局有显著影响,进而对全球气候变化产生反馈。人为活动和气候变化又是影响边缘海关键氮循环过程速率的重要因素。南海作为中国和西北太平洋最大的边缘海,是边缘海氮循环研究的理想场所。本文详细总结了南海近岸和海盆区的氮源汇过程及其内循环过程的最新研究进展,结果显示人为活动对上述过程的显著扰动。此外,全球变暖和海洋酸化正改变不同的氮循环过程速率,并可能引起南海氮收支平衡的不确定性。文章最后提出了边缘海氮循环研究的重要发展方向。

海洋光学中的优美代数表达:■as的两流模型

太阳辐射(光)能够穿透水体,照耀水体的上层,驱动浮游植物的光合作用和加热水体。同时,水中物质对光的散射导致一部分光逃离水体并进入大气层,从而成为从卫星高度反演水中物质的含量、成分的信息源。因此,理解、刻画光在水中的传播形式以及其与水中物质的关系是海洋光学和水色遥感的最基础的要求和课题。光的空间变化由辐射传递方程决定,但该方程不能够直接用于遥感反演,也不能够直接表达表观光学量与固有光学量之间的关系。通过简单的数学推导,■as将辐射传递方程转换成一个优美的两流模式来描述上行和下行辐照度随深度的变化形式,并进一步推导出表观光学量与固有光学量之间的解析关系。该模型给出了海洋光学中最基本的关系式,为水色遥感的半解析算法的研发奠定了基础。

碎屑磷灰石对沉积物源判别的指示

基于单颗粒碎屑磷灰石原位分析的物源分析是沉积地质学研究的一种重要手段。磷灰石中Sr,Y和稀土等微量元素含量由Si O2含量和所在熔体中的分配系数控制,微量元素的含量在不同岩石的磷灰石中差异较大,可作为指示其母岩类型的重要指标。磷灰石在物源分析中的应用可归纳为以下3个方面:(1)元素地球化学,特征元素包括Sr、Y、稀土元素(REE)等;(2)同位素地球化学,包括Sr-Nd同位素、Lu-Hf同位素等;(3)单颗粒多法定年,即同颗粒磷灰石进行(U-Th)/He、裂变径迹和U-Pb定年分析。综合上述3个方面可获得磷灰石的母岩类型、形成条件和后期演化、源区抬升剥蚀史、沉积区沉降史等信息。尽管碎屑磷灰石的热年代学目前在沉积物源研究中运用广泛,但基于碎屑磷灰石元素及同位素地球化学(包括磷灰石U-Pb同位素定年)的沉积物源判别仍处于起步阶段,在沉积地质学、盆地分析、构造地质学等研究领域具有广阔的应用前景。

遵从现行化学需氧量标准导致污水处理过程中产生过量温室气体排放

化学需氧量(COD)被广泛用作污水处理厂的有机污染指标.污水处理过程中去除大量有机物以满足COD环境标准,该过程会伴随大量温室气体的释放,例如甲烷.然而,COD指标涵盖了大量不仅不是污染,且可能是潜在碳汇的难降解有机物.本文收集并分析了来自全球86座市政污水处理厂的COD数据,应用政府间气候变化专门委员会发布的COD产甲烷模型来估算中国市政污水处理系统处理惰性有机物所造成的甲烷排放量.结果表明,污水处理过程去除的有机物中平均有55%的有机碳来自惰性有机物.这部分惰性碳是本应保留的碳汇,处理这部分有机碳反而造成包括甲烷在内的温室气体排放.以2018年为例,中国市政污水处理系统去除惰性有机物所释放的甲烷量可能高达3822万吨二氧化碳当量,这与中国湿地每年所能固定的二氧化碳量相当.这表明COD作为有机污染的指标是不恰当的,该指标需要修正.事实上,将无毒害的惰性有机物保留在环境中既可贡献碳汇,又可降低污水处理的能耗,减少排放,对于碳中和有重要意义.