深海极端环境深部生物圈微生物学研究综述

20世纪下半叶是人类进行自然探索最为活跃的一段时期。新发现、新技术和新概念层出不穷，大大拓展了人们对宇宙和生命的视野和认识。在海洋学领域，深海热液喷口化能自养(chemolithoautotrophy)系统的发现大大激发了人们对洋底生物多样性及生命形式、过程、起源和进化的兴趣和热情(Baross et al.，1985)。最近30年相继开展的国际深海钻探计划(deep sea drilling project，DSDP)和大洋钻探计划(ocean drilling program，ODP)为我们揭示了一个以前未曾想象到的埋藏在海底沉积物和上部洋壳中的海底深部生物圈(subseafloor deep biosphere)微生物世界。近期研究表明， 深海热液系统中的嗜热和极端嗜热古菌据推测就来源于海底深部生物圈(Delaney et al.，1998;Summit et al.，2001)，由此推断，生命的真正起源就发生在地球深部生物圈内。巨大的深度和广度，使得海底深部生物圈容纳了大量的微生物生物量和新颖独特的代谢潜力(Whitman et al.，1998)。由于洋壳板块运动而产生的海底地质构造和过程的异质性、洋壳地球化学过程的复杂性，以及在漫长地质年代中的气候变迁和海洋真光层颗粒物沉降输出的历史和地理差异性，埋藏在海底沉积物和上部洋壳中的生命赖以维持和繁衍的能量供给形式具有高度的多样性， 海底深部生物圈蕴育着丰富多样的代谢形式和新颖的生理生化机制(IPSC，2001)。海洋深部生物圈内的古菌群落将作为特定地质微生物标志(geomicrobiological signature)，用来指示过去和现代海洋的地球化学变化和地质环境变迁(inagaki et al.，2001)。海洋微生物生态学研究在最近的20年中取得了一些重要进展，与全球海洋地质历史、地质事件、地质过程和地质作用相关的深海微生物生态学研究，已发展成为一门具有独特魅力的新兴学科，即海洋“地质微生物学”(geomicrobiology)。在46亿年的地球历史中，地圈和生物圈的协同进化过程主要是在微生物的作用下完成的，微生物在海洋沉积物和洋壳中的生物地球化学作用，既是微生物的生态学，又是沉积地质过程和洋壳蚀变的动力学，许多原来以为“无机” 的地质过程，其实都是生命活动的结果(汪品先，2003)。在过去的10年中，分子、遗传、生化和基因组学等现代生物技术被引入地质微生物学的研究中，不但揭示了许多地质环境的微生物多样性，而且阐明了微生物在生物地球化学过程中所发挥的独特作用及环境和生态功能(Newman et al.，2002)。海洋深部生物圈微生物的研究已成为新世纪海洋领域中地学和生物学交叉互补、综合研究前沿的一个新热点和生长点，被列入刚刚启动的国际综合大洋钻探计划(Integrated Ocean Drilling Program，IODP)研究项目的首选(IPSC，2001；中国大洋钻探学术委员会，2003)。尽管这一领域的研究才刚刚起步，却已显示了旺盛的生命力和发展应用前景。     

南海南部上层水体浮游有孔虫的组成与分布特征

通过分析2012年4月在南海南部获取的浮游生物拖网样品,对水体中浮游有孔虫的区域分布特征及其影响因素进行了初步探讨。南海南部上层水体中共鉴定出现代浮游有孔虫19种,其中优势种为Globigerinoides sacculifer、Globigerinoides ruber、Globigerinella calida、Globigerinella siphonifera、Globorotalia menardii、Orbulina universa、Neogloboquadrina dutertrei。浮游有孔虫种属组成整体上呈现为热带-亚热带群落特征,浮游有孔虫生物丰度与西太平洋北赤道流区域的生物丰度相当。南海南部春季上层水体中浮游有孔虫整体表现为西高东低的区域分布特征,在垂直分布上浮游有孔虫集中分布在上部0~50m水层中,50m以深水体中浮游有孔虫生物丰度迅速降低。认为浮游有孔虫的分布受到温度、水体层化、初级生产力等多方面环境因子的综合作用。个别深水种(如Globorotalia menardii)出现了主要分布在0~50 m水深的特殊现象。     

中全新世以来南黄海中部沉积过程——基于岩心粒度和有机质指标

海陆交互作用下的南黄海沉积环境复杂,其沉积机制一直是古海洋研究的重点和难点。本文以取自南黄海中部泥质区的Z1岩心为载体,对196个样品的粒度和整体有机质指标(TOC、TN、TOC/TN和δ13Corg)进行了详细分析,并对5个层位进行AMS14C年龄测定,分辨率高达11 a/cm。研究结果显示,6.1 ka BP以来南黄海中部沉积过程可分为3个阶段:(1) 6.1～5.2 ka BP,沉积物粒度较粗,以残留砂和陆源粗粒物质为主,有机质含量较低且主要为陆源输入,本阶段多受东亚季风强盛的影响,动荡海洋环境下有机质保存效率低,大量陆源输入冲淡作用显著;(2) 5.2～3.9 ka BP,沉积物粒度变细且波动较大,有机质呈增加趋势且以海源为主,主要受东亚冬季风减弱的影响,海源有机质含量增加,与黄海暖流影响增强有关;(3) 3.9～0 ka BP,沉积物粒度最细且相对稳定,有机质含量继续增加,直至1.9 ka BP趋于稳定,主要受现代环流系统和东亚冬季风影响。结果表明,南黄海粒度和整体有机质指标变化过程复杂,显示中全新世以来南黄海中部泥质区沉积环境演化的复杂性。本研究获得了南黄海高分辨率的沉积环境演化记录,不仅为沉积机制研究提供更多数据支撑,还可为区域古气候和古海洋演化提供关键的指示证据。     

东菲律宾海表层沉积物常量元素组成及地质意义

为系统了解东菲律宾海表层黏土沉积物的常量元素组成特征与地质意义,对其在53个样品中的含量及在3个典型样品中的赋存状态进行了综合性分析。结果表明:沉积物中的主要常量元素组分包括SiO2、Al2O3和Fe2O3,它们绝大部分赋存于碎屑成因的残渣态中;沉积物中金属元素锰含量相对附近边缘海为高,且主要赋存于水成成因的铁锰氧化物态中。所研究海区表现出接近于大洋属性的深海沉积环境特点,其物质来源主要为附近火山碎屑物质及火山热液活动,而陆源黏土矿物及生物作用的影响较小。     

末次冰期以来冲绳海槽北部古气候变化的孢粉记录

通过分析冲绳海槽北部CSH1柱状样的孢粉组合,重建了海槽区邻近岛屿末次冰期以来的植被和气候变化史.将所测岩心的孢粉记录从下到上分为三期:Ⅰ期为热带山地针叶林的繁盛期,松属及亚热带高山的常绿针叶林含量较高,气候干燥温暖;Ⅱ期为旱生草本植物繁盛期,蒿属大量出现,气候干冷;Ⅲ期为常绿阔叶、落叶阔叶林及蕨类植物繁盛期,常绿阔叶及落叶阔叶林成分增加,蕨类孢子达到极高值,草本植物含量剧减,气候温暖潮湿.将一些主要科属花粉的百分含量曲线与格陵兰冰心GISP2δ18O曲线进行了对比分析,发现各花粉百分含量曲线分别在距今4.1~4.6,11.7~13.0,15.4,23.2,29.4,47.4ka显示出了一系列明显的次级波动,这些次级波动与格陵兰冰心δ18O曲线所记录的4ka左右的降温事件、新仙女木(Younger Dryas)事件和Heinrich事件H1,H2,H3和H5在时代上相吻合.尽管格陵兰及北大西洋地区的气候变化影响冲绳海槽地区的途径和载体尚不清楚,但北半球高纬度的气候变化所引发的东亚季风强度在数百年或千年尺度的波动可能是其主要的机制.     

Cold event at 5 500 a BP recorded in mud sediments on the inner shelf of the East China Sea

A 700-year record (1.0–1.5 a resolution) of the East Asian winter monsoon (EAWM), based on grain-size analysis and AMS¹⁴C dating of Core EC2005 from the inner-shelf mud wedge of the East China Sea (ECS), was compared with the Dongge stalagmite δ¹⁸O record during the mid-Holocene. The upper muddy section of Core EC2005 has been formed mainly by suspended sediments derived from the Changjiang (Yangtze) River mouth since 7.3 ka BP. High precipitation and a strengthened EAWM might have played key roles in the high sedimentation rate (1 324–1 986 cm/ka) between 5.9–5.2 ka BP. The EAWM strengthened when the Asian summer monsoon weakened, especially around 5 500 a BP, which corresponded to a worldwide cold event. The EAWM during the mid-Holocene shows statistically significant solar periodicities at 62 and 11 a. The 5 500 a BP cold event might be resulted from orbital forcing and changes in solar activity.     

近3000cal.aB.P.以来东海东北部环境异常及其与全新世ElNiño活动的可能联系

利用取自东海东北部、冲绳海槽西侧陆坡的重力柱状岩芯DOC082（29°13.93′N,128°08.53′E;水深1128m）,通过对碳酸钙、有机碳和蛋白石等生源组分含量的分析,结合浮游有孔虫、底栖有孔虫、放射虫和硅鞭藻等微体古生物化石丰度的变化以及底栖有孔虫属种组成特征,揭示了全新世东海东北部生物生产力的演变。研究结果显示,近10500cal.aB.P.以来生源组分含量和微体古生物化石丰度的演变趋势十分相似,明显分为3个阶段:约4000cal.aB.P.之前的早、中全新世明显偏低,大约在4000cal.aB.P.左右开始突然大幅度上升,而约3000cal.aB.P.以来的晚全新世以持续的高值为显著特征。生源组分含量、微体古生物化石丰度以及底栖有孔虫内生属种Uvigerina和Bulimina百分含量等指标的变化一致指示,东海东北部近10500cal.aB.P.以来古生产力演变的显著特征是早、中全新世明显偏低,约4000cal.aB.P.左右突然且大幅度上升,大约3000cal.aB.P.之后的晚全新世为生物生产力异常的高值期;同时有研究表明该区域的表层海水年平均温度（SST）也呈现了明显的三段式演变:早全新世10500～8400cal.aB.P.期间为持续的高值期、中全新世SST相对稳定、3100～500cal.aB.P.期间的晚全新世为显著的低SST时期[1]。近3000cal.aB.P.以来古生产力的异常高值和表层海水古温度的大幅度下降说明晚全新世区域海洋环境发生了明显的改变。据东海东北部现代生物生产力和表层海水温度的分布特征和控制机制、结合现代ElNio发生期间中国大陆气候和降水异常以及黑潮暖流变异的分析表明,近3000cal.aB.P.来东海东北部的环境异常可能是对晚全新世ElNio活动显著增强的反应。     

辽宁省五龙金矿床成岩成矿年代学及同位素地球化学特征

五龙矿床是中国辽东地区最大的石英脉型金矿床,赋存于中生代黑云母花岗岩中。金矿体多呈脉状产出,与中生代细粒闪长岩有成因联系。文章采用LA-ICP-MS锆石U-Pb定年方法,获得矿区内黑云母花岗岩、花岗斑岩、细粒闪长岩的结晶年龄分别为(155.4±0.9)Ma、(154.2±1.2)Ma、(123.1±0.9)Ma。文章选取金矿石中绢云母样品开展了Ar-Ar定年,获得Ar-Ar坪年龄为(122.8±0.8)Ma(MSWD=0.09)。金属硫化物的δ34S值介于+1.1‰~+2.4‰,平均值为+1.8‰,表明硫主要来自深源岩浆。黄铁矿中流体包裹体3He/4He比值为0.36~0.65Ra,平均值为0.50 Ra,表明地幔流体参与成矿作用的比例为3.9%~7.2%,地壳流体占主导地位。五龙金矿的成矿时代为早白垩世,形成于华北克拉通东部的构造体制转折和大规模岩石圈减薄背景。     

内蒙古道伦达坝铜钨锡矿床LA-ICP-MS锆石和锡石U-Pb年龄及其地质意义

道伦达坝矿床位于大兴安岭南段,是一个铜钨锡矿床,其铜、钨、锡储量均达中型。矿体呈脉状,主要产于二叠系砂板岩中的断裂破碎带中,华力西期黑云母花岗岩中的断裂破碎带中亦赋存有矿体。文章选取2件石英-萤石-白云母-电气石-锡石-黑钨矿阶段的矿石样品对其中的进行了LA-ICP-MS U-Pb定年,获得2件样品的~(207)Pb/~(206)Pb-~(238)U/~(206)Pb谐和年龄分别为(134.7±6.6)Ma(MSWD=1.4)和(136.8±7.4)Ma(MSWD=1.7),~(206)Pb/~(207)Pb-~(238)U/~(207)Pb等时线年龄分别为(132±12)Ma(MSWD=0.76)和(135±13)Ma(MSWD=0.9)。锡石定年结果表明,道伦达坝矿床形成于早白垩世。对矿区外围张家营子岩体中的斑状细粒花岗岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得的~(206)Pb/~(238)U加权平均年龄为(135±1)Ma(MSWD=1.3),该岩体的形成年龄与道伦达坝矿床的成矿年龄在误差范围内一致。本次定年结果表明道伦达坝矿床形成于早白垩世,与同期的花岗质岩浆活动有密切的成因联系,该矿床属于与花岗岩有关的岩浆热液脉型矿床。     

Paleoproductivity evolution in the West Philippine Sea during the last 700 ka

In order to reconstruct the paleoproductivity evolution history of the West Philippine Sea during the last 700 ka,the vertical gradient of δ 13 C in dissolved inorganic carbon(δ 13 C between those of foraminifera Pulleniatina obliquiloculata and Cibicidoides wuellerstorfi) and planktonic foraminiferal assemblages were analysed in piston Core MD06-3047 retrieved from the Benham Rise(east of the Luzon Island).Paleoproductivity evolution in the West Philippine Sea during the last 700 ka is closely related to glacial-interglacial cycles and precession-controlled insolation.Controlling factors of paleoproductivity could have been both thermocline fluctuations related with ENSO-like processes and eolian input associated with East Asian winter monsoon,and the former could have been the primary factor.A higher productivity and a shallower thermocline coeval with the occurrence of low CO 2 concentrations in the EPICA Dome C ice core might indicate that biological export production in the low-latitude could act as a significant sink in the global carbon cycle,and modify atmospheric CO 2 concentrations.Spectral analysis further reveals that the paleoproductivity is mainly controlled by thermocline fluctuations subjected to ENSO processes responding to processional variability of insolation.High coherences in eccentricity,obliquity and precession periods further revealing the close link between thermocline fluctuations,paleoproductivity and atmospheric CO 2 levels.