马里亚纳海沟“挑战者深渊”最深点水深探测

2011²012年,海洋六号船采用EM122多波束测深系统在马里亚纳海沟最深海域"挑战者深渊"进行的多波束水深测量,通过对测深资料进行分析处理,获得了高精度海底地形图,揭示了马里亚纳海沟挑战者深渊附近海底地形呈近东西向延伸,有西部、中部和东部三个洼地,它们由10800m等深线圈闭,长轴方向与海沟方向一致。洼地底部水深大于10900m,地形较为平坦。三个洼地最深区域分别由10916m、10904m和10915m等深线圈闭。三个洼地最大水深为10917m(误差小于20m),位于西部洼地内,中心位置为142°12.14'E,11°19.92'N。该处也是马里亚纳海沟最深点。     

马里亚纳海沟水深探测及“挑战者深渊”海底地形特征

“海洋六号”综合调查船先后于2011、2012年,利用EM122多波束测深系统在马里亚纳海沟最深海域“挑战者深渊”进行了全覆盖水深测量,获得了区域内详细的海底地形资料,揭示了马里亚纳海沟在区内呈近东西向延伸以及海沟两侧斜坡地形迥异、不对称的特点,南北两侧不同的地形地貌特征反映了马里亚纳海沟形成过程中两侧不同的次生构造活动影响.“挑战者深渊”区内有西部、中部和东部3个洼地,其中,西部洼地较深,其中心位置(142°12.14′E,11°19.92′N)水深10 917 m,是马里亚纳海沟的最深点.     

马里亚纳海沟万米级水文观测研究

深渊观测是开展深渊科学研究的前提。文章介绍了2020年7月"东方红3"船在马里亚纳海沟"挑战者深渊"附近完成的一次海洋调查。基于船载温盐深综合剖面测量系统获取的万米级剖面数据,分析全海深的温盐性质,并依据Thorpe尺度方法和细尺度参数化方法,进一步估算不同深度层的湍动能耗散率。结果表明:"挑战者深渊"的深层海水十分稳定, 3 000—5 000 dbar的温盐特征与下层绕极水相同;受弱层结背景下的内潮影响, 5 000—8 000 m的耗散率显著提升。本次调查获取的万米级水文剖面为马里亚纳海沟的深渊探索提供了数据方面的支撑。     

马里亚纳海沟浮游病毒垂直分布及动态变化

为探究马里亚纳海沟浮游病毒生态特征的垂直变化规律,本研究于2015年12月采集马里纳亚海沟表层到8727m共六层水样,对浮游病毒丰度,浮游细菌丰度,微微型浮游植物丰度以及裂解性浮游病毒生产力进行了分析。流式细胞技术分析结果表明,马里亚纳海沟各层浮游病毒丰度范围为1.27×105—1.93×106VLP/mL,其中表层丰度最高,随后逐渐降低,最低值出现在3699m处。而在深渊海沟区域内病毒丰度略有上升,最深处8727m病毒丰度为2.85×105VLP/mL。马里亚纳海沟裂解性浮游病毒生产力变化范围为2.86×104—4.21×105VLP/(mL·h),其垂直分布呈现出与浮游病毒丰度相似的趋势,生产力最高值出现在表层,随后在相对较低的水平变动,而在深渊海沟区域内随深度略微上升, 8727m处生产力为4.08×104VLP/(mL·h)。同时本文根据假定的研究区域浮游病毒平均裂解量及宿主平均有机物质含量计算出病毒导致的细菌死亡率(VMM)以及相应的有机碳和有机氮释放量,其中VMM变化范围为1.59×103—2.34×104cells/(mL·h),8727m处VMM为2.27×103cells/(mL·h)。而每小时病毒导致的细菌死亡数在总细菌数量中占比在8727m处最低,为4.6%,这表明浮游病毒在深海环境中的侵染活性相对较低,可能由于极端环境下浮游病毒多以溶源状态存在。在深渊海沟内部观察到相对较高的浮游病毒丰度以及相对较低的病毒生产力水平,表明该水域浮游病毒死亡率较低,这或许与海沟内温度极低且环境相对隔离有关。各层浮游病毒丰度及生产力与环境因子间相关性分析结果表明,浮游病毒丰度和生产力均与浮游细菌丰度表现出较高的正相关关系(P0.05),同时病毒生产力也表现出与温度的显著正相关性,表明浮游病毒的活跃程度主要依赖于宿主细胞的浓度以及海水温度。     

胶州湾水体和表层沉积物营养环境现状及影响因素

为了解胶州湾水体和表层沉积物营养环境状况及其主要影响因素,于2019年8月在胶州湾30个站位点采集了海水和表层沉积物样品,并于2021年5月在胶州湾沿岸采集了18个站位点的水样,对水体溶解无机态营养盐浓度和组成以及表层沉积物中总有机碳、总氮、总磷及生物硅含量和碳、氮稳定同位素（δ13C、δ15N）进行了分析。结果表明,胶州湾内水体和沿岸水体中溶解无机氮、溶解无机磷和溶解硅酸盐浓度空间分布相近,高值均位于湾东北部,主要受到河流输入和沿岸污水排放的影响,低值主要出现在湾中部和湾口处。结合近30年来的历史数据分析发现,胶州湾夏季营养盐浓度在1990?2008年期间呈持续上升的趋势,政府实施的污染物总量控制措施以及河流径流量下降使得2006年以来营养盐浓度呈现下降的趋势,该变化在空间上主要体现为大沽河氮、磷输入量的减少及其对应的湾西部营养盐高值的消失。胶州湾氮、磷营养盐输入的不平衡使得“磷限制”在2000年后逐渐加剧。胶州湾表层沉积物中总有机碳、总氮、总磷含量高值均集中于东北部和东部沿岸,结合生物硅和水体营养盐含量分析显示,这主要是河流与排污输入及其带来的高初级生产力造成的,沉积物生源要素与水体营养盐在空间分布上存在较好的耦合关系。沉积物粒度较粗对有机质保存的不利影响以及湾口较强的水动力作用共同导致了湾西部、中部以及湾口的生源要素含量较低。δ13C以及二端元混合模型显示,胶州湾表层沉积物有机质来源总体以海源为主,平均占比为64%,东部沿岸受陆源输入影响较明显。δ15N的空间分布显示,胶州湾表层沉积物中氮元素受到了海水养殖与污水排放的共同影响。水体和沉积物营养环境现状共同表明,对东北部河流和沿岸污水排放的控制是后期胶州湾污染治理的关键。     

黄河下游营养盐浓度、入海通量月变化及“人造洪峰”的影响

于2009年至2011年在黄河下游采集溶解及颗粒态营养盐样品,分析了黄河下游各形态营养盐的浓度变化及营养盐入海通量,结果表明各形态氮的浓度多呈丰水期低、枯水期高,溶解无机氮是溶解态氮的主要存在形式;受黄河高悬浮颗粒物含量的影响,磷以颗粒态占绝对优势,而溶解态磷以溶解无机磷为主要存在形态;生物硅的含量平均约占硅酸盐与生物硅之和的20％,硅的浓度丰水期高于枯水期.颗粒态磷与生物硅的含量与悬浮颗粒物含量呈正相关.营养盐的组成具有高氮磷比、高硅磷比、低硅氮比的特点.近年来黄河下游溶解无机氮浓度显著升高而溶解无机磷变化不大,硅酸盐的浓度有所下降.黄河下游水沙通量、营养盐入海通量有明显的季节变化,丰水期占全年总入海通量的42％～84％.调水调沙期间,各营养盐的浓度和组成均有明显变化,氮的浓度、DIN/PO4-P下降,磷与硅的浓度、SiO3-Si/DIN、SiO3-Si/PO4-P升高,颗粒态营养盐的比例明显增加.短期内大量水沙及营养盐入海通量对黄河口及渤海生态系统产生重要影响.     

九龙江河口区营养盐分布特征及其影响因素分析

根据2009、2010年"丰水期"和"枯水期"四航次九龙江河口混合区的调查资料,且结合历史资料对营养盐含量及分布特征、周日变化特征进行了统计和相关分析,研究了九龙江流域营养盐输入海洋的变化过程,探讨九龙江河口营养盐伴随潮汐变化,以及河口混合过程中的生物地球化学行为。调查期间溶解无机氮、硅和磷含量的平面分布呈现出由径流冲淡水高值向河口外海端递减的变化趋势;在涨潮时,河口区感潮段高溶解无机氮、硅、磷营养盐的陆源冲淡水与低溶解无机氮、硅、磷营养盐外海水相遇,随着外海水的侵入,外海水的作用逐渐加强,在稀释混合过程中呈现出无机营养盐逐步降低的变化趋势,退潮时则相反;营养盐在这复杂的河口过程中往往表现出在水动力的作用下稀释混合是主要过程,无机氮和活性硅酸盐在河口稀释混合过程中呈现保守性特征,活性磷酸盐在河口转移(补充)过程的行为复杂化,呈现缓冲作用为主。     

世界海洋最深处

世界海洋最深处在西北太平洋的马里亚纳海沟南部 ,关岛以南 190海里的地方。马里亚纳海沟在关岛以南呈西南 -东北走向 ,至关岛东南方折向正北 ,长约 1380海里 ,最宽达 4 0海里。海沟最早被发现是在 1899年 ,那时美国尼罗号探险船曾在关岛东南方用钢索测得水深 96 36ｍ ,称为“尼罗”深度 ,为当时世界上最深的海域。 195 1年 ,美国挑战者号调查船用回声测深仪测到 10 90 0ｍ ,称为“挑战者”深度 ,附近海域叫做“挑战者”深渊。此后 ,很多海洋学家、海洋测量者对这里发生了更大的兴趣 ,决心测出更深更准确的深度。 195 9年 8月 ,苏联勇士号测…     

江苏近岸海域表层海水中营养盐组成、分布及季节变化特征

根据2014~2015年江苏近岸海域4个航次现场调查资料,分析探讨了该海区表层海水的溶解无机氮(DIN)、活性磷酸盐和硅酸盐含量及分布特征,并对江苏近岸海域表层水质进行富营养化评价。海区全年表层DIN平均浓度均符合国家4类海水水质标准,表层活性磷酸盐平均浓度均符合国家二类海水水质标准。DIN表现为冬季夏季秋季春季。NO_3-N在4个季节均为DIN的主要存在形态,NO_2-N的比例随水温的升高而呈上升趋势。灌河口和江苏海域南端启东嘴处为营养盐高值区,而海州湾是营养盐低值区。江苏近岸海域在夏季基本处于磷限制潜在性富营养。而秋季北部海域基本处于磷限制潜在性富营养,南部海域处于中度营养及富营养状态;冬季海州湾基本处于磷限制潜在性富营养,其余海域处于中度营养及富营养状态,春季海区整体呈现中度营养及富营养状态。     

黄河下游营养盐浓度季节变化及其入海通量研究

2001年3月～2002年2月期间在黄河下游采集溶解及颗粒态营养盐样品,分析了黄河径流中各形态的营养盐的浓度及其月动态,估算此时段内黄河的营养盐入海通量。研究发现,溶解无机氮是溶解总氮的主要存在形式,硝酸盐是黄河中氮的最主要存在形态,其季节变化与水量变化趋势相反,年平均含量为(260.6±84.0)μmol/L,显著高于世界其它河流,为世界背景值(7.14μmol/L)的20多倍;黄河中磷主要以颗粒态存在,颗粒态磷含量变化规律与SPM的分布一致,其年平均含量为(16.2±22.9)μmol/L,磷酸盐含量较低,年平均含量为(0.42±0.20)μmol/L,与世界河流的平均水平相当。硅酸盐年平均含量为(122.0±18.2)μmol/L。每年约有17 200 t的总氮和1 600 t的总磷输入渤海,氮通量表现出在春季3月较高;磷通量在9月出现最高值,春季3,4月也较高;硅酸盐通量在3月出现最高值。     

西太平洋雅浦海沟区海水中CH4和DMSP的垂直变化特征

本研究首次探究了西太平洋雅浦海沟北段从表层到超深渊海水中甲烷（CH₄）及二甲基硫（DMS）的前体物质二甲基巯基丙酸内盐（DMSP）的浓度变化情况。结果表明:雅浦海沟海水甲烷浓度变化范围为1.49~3.87 nmol/L。其上层海水甲烷平均浓度最高，有明显的次表层极大现象。雅浦海沟氧最小层海水的甲烷平均浓度最低；在500~1 000 m中层水中甲烷浓度有一定程度的增大，1 000 m以下至底层甲烷浓度继续升高。研究海区溶解态DMSP（DMSPd）和总DMSP（DMSPt）平均浓度的垂直变化随深度呈先增大后减小趋势，颗粒态DMSP（DMSPp）的平均浓度随深度呈波动式变化，在中层达到最大。雅浦海沟CH₄和DMSP浓度垂直变化受浮游生物、微生物、光照、温度、压力、大洋环流等的复杂影响。在真光层海水中，CH₄浓度与DMSPd、DMSPp和DMSPt浓度表现为负相关关系，在200 m至底层海水中，CH₄浓度与DMSPd、DMSPp和DMSPt浓度表现为正相关关系，显示光照条件是造成雅浦海沟不同深度海水CH₄和DMSP浓度相关性差异的关键因素。     

黄海南部的溶解无机氮

根据 1998年 5月的调查资料 ,分析并讨论了春季黄海南部海区溶解无机氮的分布特征。结果表明 :( 1)因受长江冲淡水及沿岸流的影响 ,NH+4 - N、NO-2 - N浓度的平面分布基本呈周边高、中央低 ,NO-3 - N的浓度则基本呈长江口外海域高、中北部深水区低的分布规律。 ( 2 )调查海域深水区的溶解无机氮存在明显的层化现象 ,且底层等值线上凸密集。 10 m以浅水体 ,NO-3 - N的浓度分布均匀 ,10 m以深水体 ,NO-3 - N的浓度急剧增加 ,且呈现出随深度增加而增加的趋势 ,NH+4 - N、NO-2 - N浓度的垂直分布比较均匀。 ( 3)黄海南部表层叶绿素 a的浓度呈现周边高、中央低的分布特征。     

Using triple oxygen isotopes and oxygen-argon ratio to quantify ecosystem production in the mixed layer of northern South China Sea slope region

Quantifying the gross and net production is an essential component of carbon cycling and marine ecosystem studies.Triple oxygen isotope measurements and the O_2/Ar ratio are powerful indices in quantifying the gross primary production and net community production of the mixed layer zone,respectively.Although there is a substantial advantage in refining the gas exchange term and water column vertical mixing calibration,application of mixed layer depth history to the gas exchange term and its contribution to reducing indices error are unclear.Therefore,two cruises were conducted in the slope regions of the northern South China Sea in October 2014(autumn) and June 2015(spring).Discrete water samples at Station L07 in the upper 150 m depth were collected for the determination of δ~(17)0,δ~(18)O,and the O_2/Ar ratio of dissolved gases.Gross oxygen production(GOP) was estimated using the triple oxygen isotopes of the dissolved O_2,and net oxygen production(NOP) was calculated using O_2/Ar ratio and O_2 concentration.The vertical mixing effect in NOP was calibrated via a N_2O based approach.GOP for autumn and spring was(169±23) mmol/(m~2·d)(by O_2) and(189±26) mmol/(m~2·d)(by O_2),respectively.While NOP was 1.5 mmol/(m~2·d)(by O_2) in autumn and 8.2 mmol/(m~2·d)(by O_2) in spring.Application of mixed layer depth history in the gas flux parametrization reduced up to 9.5% error in the GOP and NOP estimations.A comparison with an independent O_2 budget calculation in the diel observation indicated a26% overestimation in the current GOP,likely due to the vertical mixing effect.Both GOP and NOP in June were higher than those in October.Potential explanations for this include the occurrence of an eddy process in June,which may have exerted a submesoscale upwelling at the sampling station,and also the markedly higher terrestrial impact in June.     

菲律宾海及其邻近海域表层沉积物中放射虫的分布对不同区域环境的响应

为了解菲律宾海放射虫的区域分布特色,利用同样的样品处理方法,对菲律宾海及其邻近海域的44个表层沉积样中的放射虫进行对比分析,鉴定统计了500个属种,物种多样性较高。菲律宾海表层沉积物中放射虫的群落结构和丰度变化幅度较大,反映了菲律宾海更为复杂的区域生态环境或沉积环境;南海北部放射虫丰度非常高且罩笼虫目占据较大优势,表明南海北部区域营养盐和生物生产力较高;冲绳海槽放射虫丰度相对较低且泡沫虫目占据绝对优势,推测冲绳海槽的海底沉积环境可能不利于放射虫壳体的埋藏富集。RDA分析结果显示暖水种在冲绳海槽的分布与夏季125 m温度呈明显的正相关,可能与夏季黑潮次表层水的影响有关;在南海北部,暖水种的分布主要受冬季75 m硅酸盐和夏季200 m磷酸盐的影响控制,说明高浓度的硅酸盐可能更加有利于罩笼虫目的发育繁殖;菲律宾海主要是次表层水的环境因子影响着放射虫暖水种的分布,比如75 m冬季盐度、200 m年均溶解氧含量和125 m夏季温度。此外,菲律宾海中深层水(1000~3000 m)不同层深66个环境变量和生活于该水体中的5个冷水种的RDA分析结果,显示菲律宾海北部区域主要与1000 m硅酸盐浓度呈显著正相关,可能与富含硅酸盐的北太平洋中深层水南下进入菲律宾有关;而在菲律宾海中南部的分布则主要与1000 m硅酸盐浓度呈显著负相关,与2000 m溶解氧和2200 m磷酸盐和硝酸盐呈明显正相关,可能与具有高溶解氧低硅酸盐性质的绕极深层水由南端进入菲律宾海后,一部分水体向上进入菲律宾海中层水有关。     

春、秋季北黄海生源要素的平面分布特征

根据春季和秋季对北黄海2个航次的调查数据,分析了北黄海春秋两季节生源要素的平面分布特征,并简要讨论了其成因.结果表明:(1) 春季北黄海DIN,PO4-P,SiO3-Si的平均浓度分别为(3.46±2.66),(0.18±0.17)和(3.29±3.06)μmol·dm-3,含量较低;到秋季则分别升高至(6.45±3.64),(0.40±0.24)和(7.64±3.84)μmol·dm-3;DO则表现出了相反的变化,秋季较低,春季为秋季的1.42倍.(2) 春季DIN,PO4-P,SiO3-Si在各个层次的分布趋势较为类似,表层和10 m层表现为北黄海中部低,近岸较高,30 m层以下则在冷水团盘踞区及海域东部有高值.DO表层和10 m层变化趋势不显著,但在30 m以下表现出与营养盐相反的分布规律.秋季,DIN,PO4-P,SiO3-Si在各个层次分别具有相同的分布趋势,表层和10 m层表现为北黄海中部低,近岸较高,30 m层以下则在冷水团盘踞区含量较高.而DO由表到底都表现出与营养盐相反的趋势.     

An ecological-physical coupled model applied to Station Papa

A vertical one-dimensional ecosystem model was constructed and applied to Station Papa. The model has seven compartments (phytoplankton, nitrate, ammonium, zooplankton, particulate organic matters, dissolved organic matters, dissolved oxygen) and was coupled with a mixed layer model for calculating diffusion coefficient which appears in the governing equations. The mixed layer model was driven by SST, SSS data observed at Station Papa in 1980 and ECMWF wind data for 1980, and the ecosystem model was driven by fixing nitrate concentration in deep layer to an observational value. The phytoplankton maximum in March was reproduced by the model although the maximum in fall-winter could not be reproduced. The model also suggests the importance of studying nitrification. As a whole, the model could reproduce characteristic features at Station Papa such as the summer ammonium maximum at 50 m depth, the summer dissolved oxygen maximum at 70 m depth and the absence of remarkable phytoplankton bloom.     

Long-Term Variations of Potential Temperature and Dissolved Oxygen of the Japan Sea Proper Water

Observed potential temperatures and concentrations of dissolved oxygen are analyzed to elucidate their variations during the period from 1958 to 1996 at Stn. P (37°43′ N, 134°43′ E) and from 1965 to 1996 at Stn. H (40°30′ N, 137°40′ E) in the Japan Sea. At Stn. P, increases of the potential temperature for the period are found below 800 m depth with the largest value of 0.16 ± 0.09°C per century at 800 m depth. At Stn. H, the potential temperature increased below 500 m depth. The increase rate has the largest value of 0.50 ± 0.18°C per century at 500 m depth and it is 0.30 ± 0.09°C per century at 800 m depth. The concentrations of dissolved oxygen increased around 800 m depth at Stn. P. At Stn. H, they increased above 800 m depth. On the other hand, they decreased below 1200 m depth at both stations. The layer of the dissolved oxygen minimum has deepened in these decades. These features appearing in the distributions of temperature and dissolved oxygen are successively simulated by a vertical one-dimensional advection-diffusion model including consumption of dissolved oxygen and termination of the deep water supply. These results suggest that the supply of the Japan Sea Proper Water into the deep layer, which is cold and rich in dissolved oxygen, has been decreasing for the last four decades. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

A discussion on vertical profiles of dissolved Cu,Cd and Ni in the northwestern Pacific, south of Japan

Some of the results about vertical profile of heavy metals of seawater to the south of Japan in Oct. 1990 are presented and discussed in relation to the concentration of dissolved Cu, Cd and Ni to biogeochemical environments. It points out that the distribution of dissolved Cu is higher in surface water than that in/upper 500 m layer, and maxima value attains the 8. 2 n mol/dm3 in depth of 4 000 m. The concentrations of dissolved Ni ranges from 3. 4 n mol/dm3 in surface seawater to 8. 5 n mol/dm3 in the deep to the south of Japan. The highest values are observed in the colder waters. This paper shows also that the vertical profile of dissolved Cd is perfect nutrient-type distribution. And dissolved Cd and Phosphate are linearly correlated by the regression equation. The ·Cd : ·N : ·P atomic ratio is 3. 5 × 10-4 : 14 : 1.     

三沙永乐龙洞悬浮体垂直分布特征及其影响因素

为研究中国唯一已知、全球最深海洋蓝洞的形成、发育和演化机制，应用LISST-100X现场激光粒度仪、CTD温盐仪等搭载工作级水下机器人，于2017年5月在三沙永乐龙洞进行了悬浮体、温盐剖面测量，获得了全洞深的悬浮体体积浓度、温盐和溶解氧等数据，并进行了悬浮体垂向分布特征研究。研究结果表明，洞内90 m以下水体为无氧环境，悬浮体浓度呈现5个变化旋回，温度、盐度均存在3个跃层，并且它们之间有着较好的对应关系。龙洞内水体表层悬浮体总浓度约为20 μL/L，悬浮体平均浓度值为5.93 μL/L。悬浮体旋回层Ⅰ位于5 m以浅水层；旋回层Ⅱ位于10～43 m之间，与第一个温盐跃层(深度10～20 m)部分对应；旋回层Ⅲ位于70～110 m之间，与第二个温盐跃层(深度70～110 m)完全对应；旋回层Ⅳ位于130～150 m之间，与第三个温盐跃层(深度130～150 m)完全对应；旋回层Ⅴ位于260 m以深至洞底300 m。龙洞表层悬浮体浓度较高，主要是受到洞外周边珊瑚礁松散沉积物输入的影响。洞内悬浮体垂直分布特征主要受到水动力、洞体形态、温盐跃层、溶解氧含量以及浮游生物等的控制和影响。