| 题名 | 沉积物氧化还原敏感痕量元素对长江口邻近海域低氧的指示研究 |
| 作者 | 张晓潼 |
| 答辩日期 | 2022-05-10 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院海洋研究所 |
| 导师 | 袁华茂 |
| 关键词 | Mo-U共变体系 氧化还原敏感痕量元素 海洋低氧 环境指示 长江口邻近海域 |
| 学位名称 | 工学学位 |
| 其他题名 | Indication of redox-sensitive trace elements in sediments to hypoxia in the Changjiang (Yangtze) River Estuary Adjacent Waters |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 氧化还原敏感痕量元素（RSEs）从水体到沉积物的迁移与富集受自身地球化学性质和海洋氧化还原条件的控制，因此常被用于指示海洋环境的氧化还原状态，其中常用的元素主要为Mo、U、V。为了重建长江口邻近海域低氧的发展历史，本研究借助氧化还原敏感痕量元素来指示长江口邻近海域低氧的演变。通过系统分析长江口邻近海域低氧频发区表层沉积物及柱状沉积物中氧化还原敏感痕量元素的分布和富集特征，并深入探讨研究区域氧化还原敏感痕量元素自生富集的控制机制，本研究不仅阐明了氧化还原敏感痕量元素自生富集程度与底层水最低溶解氧含量的耦合关系，还进一步揭示了Mo-U共变体系在指示长江口邻近海域氧化还原状态以及低氧区迁移方面的潜在应用价值，并在此基础上重建了近年来长江口邻近海域氧化还原状态的演变。本研究的主要认识和研究结论如下： （1）长江口邻近海域表层沉积物的RSEs含量呈现“离岸降低”的趋势。其中，V的分布主要受有机质和陆源碎屑输入的强烈控制，U的分布主要受陆源碎屑输入的强烈控制，而Mo的分布受“粒控效应”、有机质、Fe-Mn循环和陆源碎屑输入的影响相对较小。 长江口邻近海域14个站位表层沉积物的平均RSEs/Al值均高于PAAS/Al值，呈现由近岸到远岸降低的趋势，高值区主要集中在浙江沿岸海域。其中，V/Al值与TOC含量（r=0.759，p＜0.01）和Al含量（r=0.628，p<0.01）呈现显著的正相关关系，表明V的分布受有机质和陆源碎屑输入的强烈控制，U的分布同样受陆源碎屑输入（r=0.542，p<0.05）的强烈控制。而Mo的分布受“粒控效应”、有机质、Fe-Mn循环和陆源碎屑输入的影响相对较小（r=-0.119~0.458）。研究区域RSEs的分布并未显示出明显的“粒控效应”，推测为采样前后台风活动的影响所致。 （2）沉积短柱3050-2中V受有机质、Fe氧化还原循环和陆源碎屑输入的强烈影响，而Mo和U的富集则主要受氧化还原条件的控制，可用作研究区域的氧化还原代用指标。沉积短柱3050-2中MoEF/UEF比值的年代变化趋势表明近十五年来研究区域的低氧现象呈现逐渐加剧的趋势，同时Mo-U共变体系与长江口低氧区底层水最低溶解氧浓度具有良好的耦合关系，使得其可用于指示研究区域海洋氧化还原状态的演变过程，同时其在近岸低氧区的迁移和不同区域低氧程度的对比方面也具有潜在的指示意义。 沉积短柱3050-2中Mo、U、V的富集程度普遍较弱，V受有机质、Fe氧化还原循环和陆源碎屑输入的强烈影响（r=0.717~0.811，p＜0.01），不适合作为该区域的氧化还原代用指标。而Mo和U受有机质、Fe-Mn氧化还原循环、陆源碎屑输入和“粒控效应”的影响相对较小（R2=0.001~0.377），其自生富集主要受氧化还原条件的控制，可用作研究区域的氧化还原代用指标。 沉积短柱3050-2的MoEF/UEF比值基本介于0.1×Mo/U现代海水~0.3×Mo/U现代海水，指示氧化-次氧化状态，其年代变化趋势表明近十五年来研究区域的低氧现象呈现逐渐加剧的趋势。长江口低氧区的底层水最低溶解氧浓度（DOmin）与沉积短柱3050-2中MoEF/UEF比值的年代变化趋势吻合良好，沉积短柱3050-2的Mo-U共变体系可以记录采样站位邻近海域低氧区的迁移。此外，通过比较沉积短柱3050-2与邻近沉积岩芯E3、E4的平均MoEF/UEF比值，还可以评估研究站位相对于低氧区中心的偏移程度：相对于E4（1.118）、3050-2（1.052）站位，E3站位（1.327）很可能更为靠近历年的低氧区中心。 （3）重力柱3100-1中Mo和V受Fe-Mn氧化还原循环的影响，U和V受陆源碎屑输入的强烈影响，重力柱3100-1中MoEF/UEF比值的年代变化可能是多种因素综合作用的结果，因此Mo-U共变体系不适合作为研究站位的氧化还原代用指标。重力柱3100-1中UEF值、（Cu+Mo）/Zn比值、V/Cr比值、Ni/Co比值的结果均表明沉积时的氧化环境，其稳定的年代变化趋势表明，近五十年来3100-1站位邻近海域底层水体普遍处于氧化状态。 重力柱3100-1中Mo、U、V的富集程度普遍较弱，V受到Fe-Mn氧化还原循环和陆源碎屑输入的强烈影响（r=0.693~0.923，p＜0.01），不适合作为该区域的氧化还原代用指标。Mo受到Fe-Mn氧化还原循环的强烈影响（r=0.738~0.829，p＜0.01），以及U受到陆源碎屑的强烈影响（r=0.837，p＜0.01），这些因素可能干扰Mo和U的自生富集记录。因此，重力柱3100-1中MoEF/UEF比值的年代变化可能并非氧化还原自生富集的单一结果，而是多种因素共同作用的结果。 重力柱3100-1（UEF值为0.776~1.127）及其邻近沉积岩芯E2（UEF值为0.702~1.121）中较弱的U自生富集程度与稳定的UEF值年代变化趋势表明，近五十年来3100-1站位邻近海域整体低氧程度较弱，普遍为氧化状态。此外，重力柱3100-1中（Cu+Mo）/Zn比值（0.321~0.419）、V/Cr比值（1.256~1.423）和Ni/Co比值（2.479~2.711）均指示沉积时的氧化状态。与U自生富集的指示结果相一致，RSEs比值的稳定年代变化趋势也表明近五十年来3100-1站位邻近海域底层水体普遍处于氧化状态。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 地球科学 |
| 目次 | 第1章 绪论………………………………………………………………………1 1.1 海洋低氧……………………………………………………………………...1 1.2 长江口低氧区………………………………………………………………...4 1.3 氧化还原敏感痕量元素……………………………………………………...6 1.3.1 海洋环境行为特征………………………………………………………6 1.3.2 环境判别方法……………………………………………………………8 1.4 国内外研究进展……………………………………………………….........10 1.5 研究内容与研究意义………………………………………………….........12 第2章 材料与方法……………………………………………………………15 2.1 样品采集与预处理…………………………………………………….........15 2.2 分析测试方法……………………………………………………………….16 2.2.1 沉积粒度分析…………………………………………………………..17 2.2.2 碳氮含量及同位素分析………………………………………………..17 2.2.3 元素分析………………………………………………………………..17 第3章 表层沉积物氧化还原敏感痕量元素的分布与控制因素…....21 3.1 表层沉积物沉积地球化学特征…………………………………………….21 3.1.1 沉积粒度特征…………………………………………………………..21 3.1.2 碳氮含量及同位素组成………………………………………………..21 3.1.3 氧化还原敏感痕量元素分布特征……………………………………..24 3.2 表层沉积物氧化还原敏感痕量元素分布的控制因素……………….........25 第4章 近十五年来氧化还原敏感痕量元素对低氧的响应………….27 4.1 沉积短柱3050-2的沉积地球化学特征……………………………….......27 4.1.1 沉积粒度特征…………………………………………………….........27 4.1.2 沉积年代学特征………………………………………………….........27 4.1.3 碳氮含量及同位素组成……………………………………………….27 4.1.4 氧化还原敏感痕量分布特征………………………………………….29 4.2 沉积短柱3050-2氧化还原敏感痕量元素富集的控制因素………….......30 4.3 近十五年来氧化还原敏感痕量元素共变体系对低氧的响应…………….32 第5章 近五十年来氧化还原敏感痕量元素对环境条件的重建…....37 5.1 重力柱3100-1的沉积地球化学特征……………………………………....37 5.1.1 沉积粒度特征……………………………………………………..........37 5.1.2 沉积年代学特征…………………………………………………..........38 5.1.3 碳氮含量及同位素组成…………………………………………..........38 5.1.4 氧化还原敏感痕量分布特征……………………………………..........40 5.2 重力柱3100-1氧化还原敏感痕量元素富集的控制因素…………………41 5.3 近五十年来氧化还原敏感痕量元素对氧化还原状态的重建………..…...43 第6章 结论与展望………………………………………………………........47 6.1 主要结论……………………………………………………………….........47 6.2 不足与展望…………………………………………………………….........50 参考文献…………………………………………………………………………...51 致 谢…………………………………………………………………………........57 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果………………...59 |
| 页码 | 77 |
| 资助项目 | Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences[XDA23050501] |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/178310]  |
| 专题 | 中国科学院海洋研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张晓潼. 沉积物氧化还原敏感痕量元素对长江口邻近海域低氧的指示研究[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学. 2022. |
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