东海、胶州湾海洋沉积物有机硫形态的XANES研究

摘要

硫是全球地球化学循环的重要元素。硫的早期成岩循环直接影响海洋沉积物中 C、P、Fe以及各类微量元素的循环和收支平衡,具有重要的地球化学意义。东海、胶州湾具有典型的区域性特征,一直是国内外海洋学研究的重要海区。在东海、胶州湾沉积物中,硫酸盐还原是有机质矿化的主要路径,有机硫是海洋沉积物中硫最主要的硫形态之一,与有机质保存和多种元素的地球化学循环密切相关。研究东海、胶州湾海洋沉积物以及入海河流沉积物中有机硫形态及相对含量,对于确定近海沉积物中有机硫的来源及成因机制,探讨人为活动、陆源物质输入对海洋沉积物有机硫的组成的影响,都具有重要意义。本文以东海、胶州湾沉积物为研究对象,采集2个站点沉积物柱状样和15个站点沉积物表层样,采用传统化学提取法提取腐殖酸硫(HA-S)、富里酸硫(FA-S)和铬不可还原有机硫(non-CROS),利用硫的 K边 XANES谱从分子水平研究了三类有机硫的形态及相对含量。综合所得实验数据,对东海、胶州湾沉积物有机硫中各组分相对含量的空间及垂直分布、腐殖质硫(HA-S+FA-S)与 non-CROS在组成和来源机制上的差异、环境变化对海洋沉积物有机硫的影响等一系列问题进行了分析。此外,本文还以长江、4条胶州湾河流沉积物为研究对象,各采集4个站点沉积物表层样,获得沉积物腐殖质硫的 K边 XANES谱,确定腐殖质硫各组分的形态及相对含量,探讨人类活动对河流沉积物腐殖质硫中各组分相对含量的影响;将河流沉积物与对应的海洋沉积物进行对比,分析陆源物质对海洋沉积物有机硫的影响。本文得到以下几点研究结论:
　　1.东海表层沉积物腐殖质硫(HA-S+FA-S)以氧化态有机硫为主(HA-S:58.6-75.1％;FA-S:48.9-90.8%),non-CROS以还原态有机硫(82%)为主。成岩作用可能是导致东海表层沉积物 non-CROS中还原态有机硫相对含量较高的主要因素。腐殖质硫与 non-CROS在组成上存在明显差异性,腐殖质硫并不能完全反映沉积物中有机硫的整体组成及来源。
　　2.东海柱状沉积物(DH7-1)中腐殖质硫以氧化态有机硫为主(HA-S:38.4-73.9%;FA-S:52.3-82.8%),主要系生物成因。HA-S中强还原态有机硫在深层增加可能系成岩成因,但也有生物成因的存在。FA-S中强还原态有机硫主要系硫化成因,但强还原态有机硫相对含量低于30%,硫化作用不是导致FA-S在该沉积物中埋藏的重要地球化学过程。东海柱状沉积物non-CROS以还原态有机硫为主,虽然与腐殖质硫以氧化态有机硫为主的情况不同,但二者均以生物成因为主。
　　3.与淡水沉积物及土壤的情况不同,海洋沉积物 HA-S中还原态有机硫相对含量对沉积物的氧化还原条件不敏感。陆源输入和成岩硫化应是决定海洋沉积物HA-S中氧化态和还原态有机硫相对含量的重要因素。
　　4.胶州湾柱状沉积物(M1)腐殖质硫中还原态有机硫与氧化态有机硫大约各占一半。腐殖质硫主要系成岩成因,成岩硫化的程度随深度增加有增加的趋势,这与东海的情况不同。环境变化对腐殖质硫的成因影响较为显著,富营养化有利于腐殖质的成岩硫化。
　　5.长江和胶州湾河流表层沉积物HA-S各组分相对含量差异较小,而胶州湾河流沉积物FA-S还原态有机硫平均相对含量为47.3%,明显高于长江(27.6%)。较强的人类活动、粗粒沉积物和较强的成岩作用可能使胶州湾河流沉积物腐殖质还原态有机硫的相对含量更高。
　　6.长江表层沉积物HA-S组成与东海具有明显差异,但FA-S各组分相对含量与东海类似。胶州湾河流腐殖质硫各组分相对含量与胶州湾大体一致。东海、胶州湾腐殖质硫均主要来自于陆源输入,陆源输入是控制海洋沉积物腐殖质硫各组分相对含量的重要因素。胶州湾较强的陆源物质输入和较弱的洋流搬运导致了该河流沉积物与海洋沉积物在有机硫组成和含量上的相似性更强。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

0 前言

1 文献综述

1.1 海洋沉积物中早期成岩作用及氧化还原序列

1.2 海洋沉积物硫地球化学

1.3 海洋沉积物中有机硫的形态分析

1.4 本文的立题依据

1.5 本文的研究内容

2 研究区域概况

2.1 东海

2.2 胶州湾

3 研究材料与方法

3.1 研究材料

3.2 实验仪器

3.3 实验试剂

3.4 实验方法

4 东海陆架表层沉积物中有机硫的 XANES 谱形态分析

4.1 拟合结果

4.2 讨论

4.3 小结

5 东海陆架柱状沉积物中有机硫的 XANES 谱形态分析

5.1 拟合结果

5.2 讨论

5.3 小结

6 胶州湾沉积物中腐殖质硫的 XANES 谱形态分析

6.1 拟合结果

6.2 讨论

6.3 小结

7 长江、胶州湾河流沉积物腐殖质硫的 XANES 谱形态分析

7.1 拟合结果

7.2 讨论

7.3 小结

8 结论

参考文献

致谢

个人简历

发表的学术论文