中国东部海区沉积物元素地球化学特征及沉积物、有机碳埋藏通量的初步研究

摘要

本文对中国东部海区现代沉积物、有机碳的沉积和埋藏通量进行了初步研究，并通过沉积学、元素地球化学分析探讨黄、东海现代河流沉积物输送。此外，以黄东海陆架沉积物剖面、长江三角洲古土壤为例，探讨陆架、滨海地区人类活动与气候变化等短尺度与中等尺度全球变化因素在沉积物中的记录。 通过对东海陆架区180多个沉积物剖面的沉积速率进行分析，结果表明，东海陆架区沉积物年沉积量占输入总量的96％，仅有少量(约4％)向冲绳海槽乃至开阔大洋输送。东海陆架较高的沉积物“捕获率”一方面是由于其具有宽阔的陆架(500-600公里)，另一方面在于其独特的沉积物输送模式——由东海沿岸流和台湾暖流驱动的沉积物沿岸搬运。将沉积速率数据与表层沉积物TOC含量相结合，初步估算出东海陆架的有机碳埋藏通量为7.4百万吨碳/年。运用有机碳、氮同位素进行物源分析，估算出进入沉积物的陆源及海源有机碳占各自总量的10％和5.5％，高于全球平均水平，较高的有机碳埋藏比例推断是缘于东海高沉积速率。东海陆架有机碳的埋藏速率分布很不均匀，河口地区以及陆架坡折带要远高于其它地区，表明河流物质输入以及黑潮涌升是控制有机碳埋藏的主要因素。根据质量平衡模型推算，东海陆架总碳量的15-20％进入沉积物中，有超80％的碳是以溶解态的形式(包括有机碳与无机碳)向陆架外输送。正是由于较高的碳埋藏及溶解碳向大洋输送维持了东海的“碳汇”效应。 通过对黄、东海近代沉积物剖面元素地球化学分析发现，受河流入海物质沿岸输送模式影响，东海区现代河流沉积物向陆架中部扩散非常有限，绝大多数沉积在沿岸和内陆架地区，台湾暖流外侧的剖面虽受现代河流沉积物输入的影响，但仍以残留沉积为主。即使是在夏季长江冲淡水输送的方向，如济州岛西南泥质沉积区及其与长江口连线的中部，沉积物元素组成仍与残留沉积相似。而黄海中部泥质沉积区元素组成基本与山东半岛南岸的黄河沉积物相近。上述东、黄海各站位元素分布特征表明，黄海与东海两大海区在现代河流沉积物输送及沉积方面有很大差异。黄海区现代河流沉积物的影响范围不仅限于近岸地区，在南黄海中部的泥质沉积区也占相当比例。而东海区域现代河流沉积物仅限于近岸地区，向陆架中部其影响迅速减少。这样的沉积物分布格局与两大海区的主要流场分布有密切关系，黄海沿岸流及其向黄海中部的分支将现代河流沉积物输送到近岸及陆架大部分地区，而东海区在冬季向南沿岸流驱动以及常年北向的台湾暖流的阻隔下，现代河流沉积物被限制在近岸地区，形成狭窄的条带状泥质沉积区，仅有少量在再悬浮作用及长江冲淡水影响下向陆架中部输送。这一结果与东海沉积物及有机碳埋藏通量所指示的陆源物质输送模式相一致。 沉积物剖面重金属元素分布以及210Pb测年结果表明，长江口及长江口以南近岸各沉积物剖面自上世纪九十年代以来重金属元素的迅速增加，是流域工业污水排放增长的结果。东、黄海其余各剖面均没有出现类似的重金属富集。这说明人类活动的影响主要限制在长江口及向南的内陆架区，与现代河流沉积物入海扩散的路径一致，在东海流场的影响下，重金属污染不能继续向陆架中部迁移。这样的沉积物及重金属输运方式必然使得沿岸地区的污染不能有效扩散到外海，而在近岸地区积累。 运用沉积学、元素地球化学和稳定碳同位素方法，研究长江三角洲晚第四纪末古土壤层记录的古环境和古气候特征。古土壤与下伏漫滩沉积在粒度组成和化学风化程度等方面有继承性和延续性。不同剖面母质粒度组成受局部地形起伏控制，具有泛滥平原沉积特征。结合沉积学特征及古生物研究分析表明，古土壤成土母质应为洪泛平原沉积物。有机稳定碳同位素分析显示，古土壤形成过程中气候有逐渐变干的趋势。各剖面粒度向上变细可能反映母质沉积时泛滥平原淹没能力降低、河流水位不断下降。古土壤底部化学风化程度最低，反映早期以母质堆积为主间或有成土作用。向上化学风化程度增强，指示暴露成土作用加强，而沉积作用减弱。顶部风化程度又逐渐减弱，可能是降雨量持续减少以及气候的变干变冷造成的。古土壤母质堆积过程中河流水位下降及化学风化程度的变化，是晚更新世末海平面降低过程中古河谷下切、气候变干变冷的结果。

目录

摘要

第一部分：东海沉积物及有机碳埋藏通量与物质平衡

1. Introduction

2. Morphology and circulation pattern in East China Sea

3. Sediment pattern and sedimentary flux in the ECS

4. Organic carbon burial flux and carbon budget

5. Conclusions

References

第二部分：黄、东海沉积物元素地球化学特征

第三部分：长江三角洲古土壤发育与晚更新世末海平面变化的耦合关系

致谢