北冰洋西部沉积物有机碳、氮同位素特征及其环境指示意义.PDFVIP

第 28 卷 第 6 期 海 洋 学 报 Vol1 28, No1 6 2006 年 11 月 ACTA OCEANOLOGICA SINICA November 2006 北冰洋西部沉积物有机碳、氮同位素特征 及其环境指示意义 陈志华1, 2, 3 ,石学法2, 3 , 蔡德陵2 ,韩贻兵2, 3 ,杨作升1 ( 1. 中国海洋大学 海洋地球科学学院, 山东 青岛 266003; 2. 国家海洋局 第一海洋研究所, 山东 青岛 266061; 3. 海 洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室, 山东 青岛 266061) 收稿日期: 2005-02-23; 修订日期: 2006- 07-201 基金项目: 中国第二次北极考察资助项目( CH INARE-2003) ;国家自然科学基金资助项目(1 作者简介: 陈志华( 1970 ) ) ,男,湖南省宁乡县人,副研究员,博士生,从事海洋沉积学研究1E-mail: chenzia@ fio. org. cn 摘要: 通过对楚科奇海及邻近的北冰洋深水区表层沉积物中有机碳同位素含量(D 13 C)、氮同位素含量 (D15N)及生物成因 SiO2 ( BSiO2 )含量分析,结果表明海源和陆源有机质的分布受海区环流结构和营养 盐结构所制约.楚科奇海中西部和楚科奇海台受太平洋富营养盐海水的影响, 海洋生产力高, 沉积物 中海源有机质和BSiO2含量高;靠阿拉斯加一侧海域海水的营养盐含量和生产力都偏低, 沉积物中陆 源有机质比重增加;在研究区北部和东北部的楚科奇高地和加拿大海盆,冰封时间较长, 营养盐供应 少,海洋生产力低,但来自马更些河和阿拉斯加北部的陆源有机质增多, 沉积物中 BSiO2含量小于 5%,海源有机质百分含量小于 40%.由于亚北极太平洋水通过楚科奇海向北冰洋海盆输送,研究区营 养盐池表现为开放系统,营养盐的利用率与它的供应成反比,与海洋生产力成反比. 关键词: 北冰洋; 表层沉积物; 有机质; 碳同位素; 氮同位素; 生物硅 中图分类号: P7361 2 文献标识码: A 文章编号: 0253-4193( 2006) 06-0061-11 1 引言 与其他大洋相比,北冰洋是一个被陆地环绕的 封闭型大洋[仅通过白令海峡和巴伦支海, 弗拉姆 ( Fr am )海峡与太平洋和大西洋沟通] ,其边缘海陆 架宽阔,多为季节性海冰所覆盖,中央海盆则终年覆 盖着海冰,这些特点使北冰洋在海洋学方面具有很 多的独特性,成为了解全球气候变化和物质循环的 关键地区 [ 1] .自 20世纪 70年代以来,北冰洋及周边 大陆气温持续升高, 海冰覆盖面积减少且厚度变薄, 海洋生产力明显增加, 北冰洋及其边缘海对全球变 化表现出明显的放大效应, 而且可能发展成为一个 越来越重要的碳汇区 [ 2~ 5] . 在我国第一次( 1999年)和第二次( 2003年)的 北极科学考察区 ) ) ) 楚科奇海及邻近的北冰洋深水 区,太阳辐射、海冰和河流输入的季节性变化大, 加 之受北冰洋与太平洋水体交换的影响, 海洋生产力 特别是硅质生物的生产力高[ 6~ 11] .由海洋沉积物中 有机碳、氮同位素能够确定有机质的来源,它反映表 层水生产力和陆源有机质的供应状况, 有助于了解 碳循环及其气候变化响应. 本文以有机碳、氮稳定同 位素为主,结合生物硅分析,探讨了楚科奇海及邻近 的北冰洋深水区表层沉积物中有机质的组成、来源 和沉积机制. 2 材料和方法 研究区水深和分析站位见图 1.对 1999 年我国 首次北极科学考察所获得的 26个表层沉积物样品 进行了有机碳同位素分析, 对 2003年我国第二次北 极科学考察所获得的 33 个表层沉积物样品进行了 有机碳、氮同位素和生物硅分析. 有机碳、氮同位素的测试在海洋沉积与环境地 图 1 研究区水深和分析站位 o 1999年第一次北极科学考察取样站位( 26个) , p 2003年 第二次北极科学考察取样站位( 33个) 质国家海洋局重点实验室完成. 样品的处理和测试 过程大体如下: ( 1)将沉积物湿样真空冷冻干燥, 磨 成粉末(大于 120目) ; ( 2)称取约 1 g 粉末样放进小 烧杯中,加入 20 mL 10%的稀盐酸(优级纯) , 置于 35 e 的电热板上反应 24 h,除去样品中的无机碳; 将样品过滤,用蒸馏水洗涤至中性,连同滤纸一起放 进真空冷冻箱中干燥,然后小心刮下样品; ( 3)根据 沉积物中的有机碳、氮含量,称取适量的样品分别与 氧化铜丝、铜丝、银粉混合装入两根石英管中,抽真 空后密封,在 800 e 下持续燃烧 2 h,然后用液氮分 离与纯化燃烧所产生的二氧化碳, 用液氮及氮