台湾龟山岛和绿岛热液气体组分及元素扩散分布

摘要

为研究海底热液活动对生态环境的影响，本文首先对目前国内外有关海底热液生态环境效应的研究进行了综述分析，以引起人们对海底热液生态环境效应的重视，促进对其的深入研究，避免海底热液对人类生活和健康造成危害。热液伴生气体组分组成对分析热液来源，评估热液区岩浆活动的活跃程度，进而评估其生态环境效应具有重要意义。因此本研究采集龟山岛沿岸热液区白泉喷口、黄泉喷口和绿岛沿岸热泉热液伴生气体样品对其主要组分含量和同位素含量进行了分析;而后采集龟山岛沿岸热液区白泉喷口、黄泉喷口及其附近表层水样，绿岛沿岸热泉和海上冒泡点热液区水样，对其所含有的营养元素、常规元素和重金属元素的含量和分布规律进行了分析;为研究其生态环境效应提供基础数据。主要得出以下结论:
　　(1)龟山岛附近海域白泉喷口和黄泉喷口热液活动伴生气体都以CO2为主，显示出高CO2、 CH4和H2S含量，低SO2和HCl含量的低温火山区温泉释放气体的特点，但N2、CH4、O2和H2S所占的比例相差较大。δ13CCO2的值分别为-5.55和-6.6‰，分布在无机碳同位素δ13C(PDB)值范围内，CO2都来源于岩浆，属于无机成因气。δ13CCH4的值分别为-26.7和-24.65‰，都分布在洋中脊热液系统CH4的δ13C(PDB)值(-18～-15‰)和细菌成因CH4的δ13C(PDB)值(-110～-50‰)范围之间，推测CH4主要来源于无机成因，可能有部分来源于微生物作用。龟山岛热液白泉喷口δ15N(Air)值为15.15‰，远高于黄泉喷口δ15N(Air)值(8.2‰)，都可能主要来源于玄武岩岩浆，但是来源深度不同。龟山岛白泉喷口和黄泉喷口伴生气体中δ345(CDT)值分别为19.52和18.73‰，可能主要来源于海水。
　　(2)绿岛朝日温泉煮蛋区和温泉潮间带近岸侧温泉池热液活动伴生气体都以N2为主，CH4含量都较高，CO2含量非常低，而几乎不含H2S，Ar和He含量较高。δ13CCO2的值分别为-13.4和-18.5‰，为有机成因气。CH4气体的δ13CCH4值分别为-15.1和-10.7‰，为非生物成因气。δ15N(Air)值分别为6.3和5.7‰，可能主要来源于玄武岩岩浆。
　　(3)龟山岛附近海域热液区与绿岛沿岸热泉热液活动的伴生气体组分相比较，前者以CO2为主，富含CH4和H2S;后者的伴生气体组分以N2为主，CH4含量较高。后者的伴生气体中CO2、 H2S含量极低，可能和它们在与围岩的反应中被消耗有关;前者中CH4含量较后者偏低，可能与其在近地表环境中能被氧化有关;前者中N2、Ar、He、Ne等惰性组分远低于后者，这可能与后者中所含CO2、 H2S等活性组分在与围岩反应中被大量消耗后，惰性组分相对含量升高有关。龟山岛附近海域热液区伴生气体来源于相对较浅的地层，在向上运移的过程中与围岩反应轻微;而绿岛沿岸热泉伴生气体来源于更深的地层，在向上运移的过程中与围岩发生了充分的反应。
　　(4)龟山岛沿岸热液区白泉喷口和黄泉喷口营养元素、常规元素和重金属元素垂直分布没有显著的规律。龟山岛热液喷口热液流体中NH4+和HCO3-的含量较高;而绿岛热液样品中Ca2+、SiO2的含量较高;无论龟山岛还是绿岛热液样品中Fe的含量都较低。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 海底热液概述

1．1．1 海底热液分布

1．1．2 海底热液发育环境

1．1．3 浅海热液简介

1．1．4 龟山岛海底热液和绿岛热泉简介

1．2 浅海热液的地球化学研究进展

1．2．1 热液流体研究

1．2．2 热液活动气体研究

1．2．3 热液沉积物研究

1．3 海底热液生态环境效应

1．3．1 必需营养元素和非必需营养元素生态环境效应

1．3．2 毒性元素生态环境效应

1．3．3 二氧化碳生态环境效应

1．3．4 热量释放生态环境效应

1．4 小结

2 龟山岛海底热液和绿岛热泉伴生气体组分及其同位素组成和来源

2．1 样品采集和分析方法

2．1．1 样品采集

2．1．2 分析方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 组分分析

2．2．2 二氧化碳的碳氧同位素组成及其来源

2．2．3 甲烷的碳同位素组成及其来源

2．2．4 氮气的氮同位素组成及其来源

2．2．5 伴生气体样品中硫同位素组成及其来源

2．2．6 稀有气体同位素组成及其来源

2．3 小结

3 台湾龟山岛海底热液元素分布和绿岛热泉元素浓度

3．1 样品采集和分析方法

3．1．1 样品采集

3．1．2 分析方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 龟山岛沿岸热液区白泉喷口营养元素和常规元素垂直分布

3．2．2 龟山岛沿岸热液区白泉喷口重金属元素垂直分布

3．2．3 龟山岛沿岸热液区黄泉喷口营养元素和常规元素垂直分布

3．2．4 龟山岛沿岸热液区黄泉喷口重金属元素垂直分布

3．2．5 龟山岛沿岸热液区白泉喷口和黄泉喷口元素垂直分布对比

3．2．6 龟山岛沿岸热液区白泉喷口和黄泉喷口附近表层营养元素和常规元素分布

3．2．7 龟山岛沿岸热液区白泉喷口和黄泉喷口附近表层重金属元素分布

3．2．8 台湾绿岛热泉和龟山岛热液中营养元素和常规元素含量比较

3．2．9 台湾绿岛热泉和龟山岛热液中重金属元素含量比较

3．3 小结

4 结论

参考文献

作者简历