海洋大气化学及其观测工程技术展望

海洋大气化学是一门海洋化学与大气化学交叉的新兴学科,是研究海洋大气中化学物种(Chemical Species)含量、迁移变化、来源辨别及海气交换通量,以及预估人为和自然影响对全球气候变化和区域海洋生态系统影响的科学。海洋大气化学的进步也得益于海-气系统观测体系建设及其工程技术的创新,其中包括对微量要素的测量、复杂形态的辨别和原位探测等技术的突破。我国的海洋大气化学研究起步于20世纪80年代,通过中国沿海观察站、近海和大洋走航线和断面站以及南北极建立考察站等的立体观测平台,针对海洋大气化学关键过程即大气-海洋生物地球化学循环,开展碳、氮、硫、磷、铁等的迁移变化及其海气通量的观测。在碳、氮的海-气循环及海洋酸化机制,硫的海-气交换的气粒转化及气候效应等研究领域,取得了一批新的认知和引起国际学界关注的成果,促进了学科进步,建成了一个从近岸、大洋到极区的立体观测体系。

海洋沉积过程的铀系放射性核素示踪技术：物源识别、沉积、再悬浮

放射性核素示踪技术被广泛应用于海洋学研究。海洋沉积物是许多物质的归宿,海洋沉积过程的研究常关注3个关联问题:物质来源、沉积速率、再悬浮过程。针对这3个问题,在南海9个珊瑚礁区、北部湾涠洲岛海域、珠江口、北冰洋、南大洋等多个海区利用典型的铀系放射性核素(210Pb、226Ra、234Th、238U)示踪技术开展海洋沉积过程研究。物源识别方面,研究发现珊瑚礁区沉积物具有极低的226Ra/238U活度比值(<0.1),显著低于其他海区的226Ra/238U活度比值(0.5~1.0),该独特性质可以应用于珊瑚礁区的沉积物/悬浮物来源示踪,是其他传统元素地球化学方法(Al、Ti、稀土元素)的补充。沉积速率方面,基于210Pb的恒定通量恒定沉积速率(Constant Flux Constant Sedimentation Model,CFCS)模式,定量计算了广西涠洲岛珊瑚礁区沉积柱样的沉积速率(3.7±0.6 mm/a),该结果低于中国多个近岸海域的沉积速率(5~96 mm/a)。沉积物再悬浮方面,提出利用“残余234Th”(不同于过剩234Th)示踪海洋沉积物再悬浮过程,并成功应用于北冰洋、南海、南大洋。

钦州湾及其邻近海域重金属的时空变化特征和影响因素

根据2013—2014年在钦州湾及其邻近海域获取的夏、秋、冬、春4个季节的环境调查资料,分析了表层海水中溶解态重金属的时空变化特征,并运用主成分分析法研究了影响重金属分布的因素。结果表明,Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As含量范围分别为0.214~1.510、nd^0.979、0.132~4.160、0.005~0.106、0.014~2.580、0.012~0.049、1.2~2.2μg/dm^3,各重金属元素含量均处于历史较低水平;夏、秋季重金属的平均含量依次是As>Cu>Zn>Cr>Pb>Cd>Hg,冬、春季则是As>Zn>Cu>Pb>Cr>Cd>Hg;入海径流量受控于降水,使得雨季时Cu、Zn、Cd、Hg、As的含量通常高于干季;东北季风期间大气沉降可能是Pb含量由夏季到春季逐步增高的主要原因;除夏季Pb、Cd和冬季Pb、Cd、Zn外,其它重金属之间具有显著的同源性。陆源输入是钦州湾及其邻近海域重金属的重要来源,咸淡水混合过程(酸碱度变化及物理混合)是影响重金属分布的最主要因素,潮流作用也是影响重金属分布的重要因素。

南大洋酸化过程及其变化趋势研究进展

近30年的集成研究表明,南大洋吸碳能力从20世纪90年代开始出现明显的下降,但是这种减弱趋势在2002年后又开始转变为显著增强的趋势,展现出一种吸收大气中人为CO2更强的能力,这种态势伴随着南大洋的酸化进一步增强。观测表明,开阔大洋(45°S-50°S)在1991-2000年间的pH下降速率为每年0.0007,文石饱和度Ω文石以每年0.015的速率上升,而在2001-2011年间pH下降速率增大为每年0.0024,Ω文石转变为每年0.017的下降速率。在南大洋近岸海域,海洋酸化程度区域性差别很大,影响因素也更加复杂。例如,普里兹湾在1994-2010年pH和Ω文石分别下降了0.11和0.30,威德尔海在1978-2008年间的表层海水pH下降速率为每年0.0011,Ω文石下降速率为每年0.002。基于现场观测数据和遥感反演参数方法,从点线观测数据评估扩展到海区整体范围的南大洋酸化趋势评估取得了重要进展。而近期改进的模型模拟与观测结果比较在量级和更大尺度空间上都取得了较好的结果。本文对地球系统模型(ESM)预测的包括RCP 8.5等不同情境下的南大洋酸化趋势以及海洋酸化对南大洋生态系统的效应进行综合评述,结果表明到本世纪末南大洋大部分海域都将处于文石不饱和状态,预示着南大洋的酸化进展将会严重影响海洋生物地球化学变化和损坏整个南大洋的生态系统。因此,对南大洋开展海洋酸化过程、驱动机制和预测研究以及生态效应评估已严肃地摆在全人类的面前。

秋冬季台湾海峡西部海域大气颗粒物中有机氯农药的污染特征及入海通量

通过采集台湾海峡西岸厦门岛秋、冬两季的近海大气颗粒物样品,分析20种有机氯农药(OCPs)的污染特征及可能来源,并估算OCPs干沉降入海通量。结果显示,厦门岛大气颗粒物中OCPs主要为DDTs、HCHs和Methoxychlor。季节变化上,受中国北方陆地污染气团来源的影响,冬季OCPs各化合物的浓度高于秋季。2006至2008年,OCPs浓度呈上升趋势,可能受到该时期内厦门灰霾日数明显增加导致大气总悬浮颗粒物含量增长的影响。与国内主要城市区域相比,OCPs浓度处于较低水平,与背景区域的浓度水平相当。通过分子标志物示踪污染物来源显示,DDTs、氯丹和硫丹主要为历史残留,而HCHs主要受到工业HCHs污染的影响。秋季和冬季,OCPs的大气干沉降通量分别为3.49 ng/(m^2·d)和9.25 ng/(m^2·d),按照台湾海峡海域覆盖面积(63000 km^2)估算,秋季和冬季大气颗粒物中OCPs通过干沉降入海通量分别为20.03 kg和52.45 kg。

福建省贝藻类养殖碳汇及其潜力评估

海水贝藻类养殖碳汇是海洋渔业碳汇的重要组成,开展其碳汇研究对服务我国实现碳中和目标有积极的作用。福建省的海水养殖规模和产量居于全国前列,对其海水贝藻类养殖碳汇及潜力评估有重要的意义。本研究分析了2015至2020年度《中国渔业统计年鉴》海水贝藻类养殖数据,估算了2014年至2019年全国及福建省海水贝藻类养殖碳汇强度,并评估了福建省贝藻类养殖碳汇潜力。研究结果表明,福建省在全国贝藻类养殖碳汇强度占比较大,且逐年递增,在2019年估算的碳汇强度高达211.3万吨(占全国估算总值的31.16%)。与全国海水贝藻类碳汇增速17.3万吨/年相比,福建省的年增速数据(10.7万吨/年)表明福建省具有较强的海水贝藻类养殖碳汇潜力,并可带来可观的减排经济效益,为我国实现碳中和这一宏伟目标做出重要贡献。

九龙江河口表层水体中溶解态多环芳烃及六溴环十二烷的分布特征及来源解析

持久性有机污染物因其与环境和人类健康息息相关而受到国内外研究学者的持续关注。本研究以类持久性有机污染物—多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)和新型持久性有机污染物—六溴环十二烷(hexabromocyclododecanes,HBCDs)为研究对象,于2019年1月和2月对九龙江河口表层水体进行了采样分析,采用固相萃取-气质联用(GC-MS)方法,分析其表层水体中18种溶解态多环芳烃及3种六溴环十二烷的含量分布特征和组分特征,探究其来源并进行污染评价。结果表明,表层水体中溶解态多环芳烃ΣPAHs含量范围为38.49~256.00 ng/L,各组分以2环和3环为主,4环次之,5环及以上仅有个别站位检出,其来源以石油源为主,主要来源于石油类化石燃料燃烧。HBCDs的含量范围为ND~49.951 ng/L,以α-HBCD为主,γ-HBCD次之,β-HBCD最少。与国内外其他港湾及流域相比,九龙江河口PAHs含量依然处于较高水平,HBCDs含量则处于相对较低水平。

六溴环十二烷环境研究进展

极地区域由于其独特的地理位置和自然条件,是对全球气候变化和环境污染响应和反馈最为敏感的区域之一,在全球气候变化和环境污染研究中占据重要地位。HBCDs作为一种新型持久性有机污染物,近几年受到国际社会的广泛关注。文章对HBCDs特性及近几年来极地、中低纬度区域HBCDs研究进行了综述,对比分析了环境中大气、水体、土壤、沉积物、植被和生物等多介质中HBCDs赋存水平,探讨了其异构体在多介质中的浓度分配差异,并对其可能原因给出解释,论证了HBCDs污染防治及其进一步环境行为研究对人类健康及生态环境安全的重要意义。

泉州湾食用鱼中有机氯农药和多氯联苯污染状况与食用安全性的研究

于2013年采集泉州湾海域10种食用鱼样品,分析其中的20种有机氯农药(OCPs)和28种多氯联苯(PCBs)的含量、组成、生物富集以及对人体健康的危害进行风险评估。结果显示,鱼体中OCPs和PCBs的浓度分别为(11.20～74.51)×10^(-9)和(4.48～20.44)×10^(-9 )(湿重),不同鱼种类中污染物含量差别较大,其中棱鮻和斑鰶体中OCPs和PCBs含量最高。鱼体中OCPs主要以DDTs为主,其他化合物含量均较低,且分子标志示踪来源显示,OCPs主要来源于历史残留;而PCBs主要以高氯代PCBs为主。泉州湾食用鱼对DDTs具有较强的富集能力;对PCBs的富集能力随着氯原子数的增加而增强,但氯原子数大于7时富集能力下降。评估显示,泉州湾鱼类体中PCBs的量可能会危及人体健康。并且,棱鮻、斑鰶、黄姑鱼、叫姑鱼、白姑鱼和四指马鲅的每日允许最大摄入量和每月最大允许餐数均低于安全阀值142.2 g/d和16餐/月,建议消费者不要过度食用这些海产品。