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基于聚类分析的Dupal异常指标遴选及其在印度洋的应用

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岩石学报 2024年第8期40卷 2601-2610页

作者：何虎余星胡航许绪成余娅娜自然资源部海底科学重点实验室自然资源部第二海洋研究所杭州310012 浙江大学海洋学院舟山316021

Dupal异常是一种广泛分布于南半球的大尺度地幔地球化学不均一现象,其成因机制和分布范围一直是地球科学研究的热点。由于Dupal异常概念提出时间较早,仅基于少量岩石样品,其概念存在模糊性和不确定性,目前仍缺乏统一的异常判别指标,影... 详细信息

Dupal异常是一种广泛分布于南半球的大尺度地幔地球化学不均一现象,其成因机制和分布范围一直是地球科学研究的热点。由于Dupal异常概念提出时间较早,仅基于少量岩石样品,其概念存在模糊性和不确定性,目前仍缺乏统一的异常判别指标,影响了对异常分布范围和成因的认识,进而制约了对全球Dupal异常的进一步研究。本文选取印度洋洋底(包括洋中脊轴部和离轴区域)玄武岩的铅同位素数据,结合西南印度洋中脊和东南印度洋中脊的已知地球化学边界,采用K-means++聚类分析方法突出大尺度地球化学特征,初步遴选Δ7/4>2.5,Δ8/4>35作为Dupal异常的铅同位素判别标准。基于这一标准,识别出西北印度洋中脊欧文断裂带为Dupal异常边界,边界以南洋中脊区域显示较明显的异常。就其分布而言,整个印度洋洋中脊的Dupal异常分布于安德鲁-贝恩断裂带、澳大利亚-南极错乱带以及欧文断裂带所围限的区域;离轴区域的凯尔盖朗海底高原、Broken海脊、东经90度海岭、圣诞群岛、莫桑比克海底高原、厄加勒斯海底高原等也具有明显的Dupal异常;整体上印度洋Dupal异常呈现东西分带特征。基于印度洋洋底玄武岩数据识别的Dupal异常指标将为全球Dupal异常的研究提供参考。印度洋Dupal异常分布范围的厘定将为揭示其异常成因提供关键基础。

关键词：印度洋 Dupal异常聚类分析铅同位素地球化学

卡尔斯伯格脊天休洋脊段的深部岩浆过程:来自洋中脊玄武岩中单斜辉石结晶条件的约束

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岩石学报 2024年第7期40卷 2203-2214页

作者：颉炜谭文睿韩喜球余星李谋王志朗姜翰费小倩河海大学海洋学院自然资源部海洋灾害预报技术重点实验室南京210024 自然资源部第二海洋研究所自然资源部海底科学重点实验室杭州310012 浙江省海洋科学院杭州310000 自然资源部海洋空间资源管理技术重点实验室杭州310000

洋中脊玄武岩(MORB)是了解洋中脊的热状态、岩浆供给及演化过程的绝佳研究对象。本文对中国大洋49航次第五航段(DY49V)在西北印度洋卡尔斯伯格脊天休热液区周边获得的拖网(49V-DR02)玄武岩样品进行了详细的岩石学和矿物学研究,并利用单... 详细信息

洋中脊玄武岩(MORB)是了解洋中脊的热状态、岩浆供给及演化过程的绝佳研究对象。本文对中国大洋49航次第五航段(DY49V)在西北印度洋卡尔斯伯格脊天休热液区周边获得的拖网(49V-DR02)玄武岩样品进行了详细的岩石学和矿物学研究,并利用单斜辉石-熔体温压计对玄武岩中单斜辉石的结晶温度和压力进行了估算,用以探讨天休热液区所在洋脊段的深部岩浆过程。结果表明,所研究的玄武岩样品属于拉斑质N-MORB,其中单斜辉石呈鳞片状、树枝状或骸晶状微晶,主要为普通辉石和透辉石。单斜辉石-熔体温压计计算结果显示天休洋脊段单斜辉石结晶温度为1153~1225℃,结晶压力在0.08~0.64GPa范围内,相当于2.6~21.1km的深度,但主要集中在10~16km深度。这说明单斜辉石的结晶温度相对集中,但结晶深度范围变化很大,从浅层上洋壳区域到大洋岩石圈地幔区域均有单斜辉石结晶作用发生,但主要集中在大洋岩石圈地幔区域,暗示天休洋脊段下方洋壳内可能不发育熔体透镜体或岩浆房。天休洋脊段单斜辉石如此深的结晶深度指示天休洋脊段岩石圈地幔厚度厚,地幔部分熔融产生岩浆的终止深度深。在该洋脊段10~16km深处富含高温熔体,为天休热液系统的热液循环提供深部热源。

关键词：卡尔斯伯格脊天休热液区 MORB 单斜辉石岩浆深部过程

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深海环境噪声监测技术发展现状与展望

地球科学 2024年第6期49卷 2120-2130页

作者：陆哲哲朱心科杜新光李家彪自然资源部第二海洋研究所海底科学实验室浙江杭州310012 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214028

以往关于人类活动对海洋生态系统产生的影响讨论主要聚焦于污染物的排放、过度二氧化碳的排放及过度开发等,然而人为噪声也是海洋生态系统的重要压力源之一.人为噪声的频率范围与海洋动物发出和感知的声音频率范围存在高度重合,因此人... 详细信息

以往关于人类活动对海洋生态系统产生的影响讨论主要聚焦于污染物的排放、过度二氧化碳的排放及过度开发等,然而人为噪声也是海洋生态系统的重要压力源之一.人为噪声的频率范围与海洋动物发出和感知的声音频率范围存在高度重合,因此人为噪声的增加会影响海洋动物的行为、生理甚至生存.鉴于海洋声景的快速变化,迫切需要发展深海环境噪声监测技术,评估人为噪声对深海生态系统的影响,从而针对性地减轻人类对海洋声景的影响,服务于构建健康的海洋.本文立足国内外研究形势,回顾人类活动影响下的海洋声景及深海噪声监测技术的发展情况,介绍多个致力于海洋噪声监测和研究的国际大计划,并呼吁相关机构及部门增强对海洋声景的关注,鼓励先进技术的研发,并制定相应的管理框架.

关键词：海洋声景海洋生态系统人为噪声噪声监测技术深海噪声污染

基于VTI介质海洋CSEM和MT数据联合反演的黄海海相残留盆地深部结构研究

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地球物理学报 2024年第5期67卷 1853-1865页

作者：罗鸣裴建新段双敏吴志强中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室青岛266100 中国地质调查局青岛海洋地质研究所青岛266237 崂山实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室青岛266100

黄海海相残留盆地因其地层结构和深部地质构造的复杂性,一直是我国海洋地球科学的一项研究重点,虽然针对该研究区已开展了一系列的地球物理调查,但由于高速碳酸盐岩层对地震波存在着一定的屏蔽作用,致使该海域深部地震资料品质受到较大... 详细信息

黄海海相残留盆地因其地层结构和深部地质构造的复杂性,一直是我国海洋地球科学的一项研究重点,虽然针对该研究区已开展了一系列的地球物理调查,但由于高速碳酸盐岩层对地震波存在着一定的屏蔽作用,致使该海域深部地震资料品质受到较大影响.海洋电磁法不受高速屏蔽层影响,有利于获得高速屏蔽层内部及其下方的深部结构信息.海洋可控源电磁法(Controlled source electromagnetic method,CSEM)和海洋大地电磁测深(Magnetotelleric,MT)能够提供海底电性结构的互补信息,较于单一的电磁方法,二者联合可获得更为准确的海底电性分布.本文提出了基于乘积目标函数的层状垂直各向异性(Vertical anisotropic,VTI)介质海洋可控源电磁和大地电磁资料联合反演方法,该方法在迭代过程中根据数据的拟合情况自适应调整CSEM和MT数据的权重和正则化因子的权重,反演参数包括海底介质的横向电阻率、垂向电阻率和地层厚度.以南黄海地质地球物理资料为例,建立浅水环境地电模型,并结合浅水环境的高噪声背景特点进行合成数据模型测试及分析.将本文所提出算法应用于理论模型合成数据和南黄海实测资料反演,结果表明,较于单独的海洋CSEM和MT反演,联合反演方法能够较准确地重构海底地层的电性分布,提高对海底地层各向异性电阻率的分辨能力.

关键词：电阻率各向异性联合反演 CSEM MT 南黄海

北极楚克奇陆架边缘“大西洋水层”钕同位素示踪

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地球科学 2024年第8期49卷 2938-2951页

作者：杨映叶黎明倪建宇于晓果原超葛倩宋赛张泳聪自然资源部海底科学重点实验室&自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012 南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023

温暖的“大西洋水层”为北冰洋提供了重要的热量来源,是决定其海冰状况、冰架分布及周边冰盖稳定性的关键因素.通过分析M04孔沉积物中稀土元素(REE)的含量及其配分模式和Fe-Mn氧化物组分的钕同位素组成,探讨了晚更新世以来楚克奇陆架边... 详细信息

温暖的“大西洋水层”为北冰洋提供了重要的热量来源,是决定其海冰状况、冰架分布及周边冰盖稳定性的关键因素.通过分析M04孔沉积物中稀土元素(REE)的含量及其配分模式和Fe-Mn氧化物组分的钕同位素组成,探讨了晚更新世以来楚克奇陆架边缘REE的富集机制、εNd示踪水团性质的有效性以及“大西洋水层”的强弱变化.结果表明,间冰期Fe-Mn氧化物是溶解态REE沉淀的主要载体,但冰期缺少Fe-Mn氧化物的灰色层中也富集了大量的溶解态REE.同时,Fe-Mn氧化物萃取液中εNd介于—5.50~—8.74之间,呈现出冰期高,间冰期低的特点,有效指示了“大西洋水层”在楚克奇陆架边缘的活动.在间冰期,“大西洋水层”增强,为陆架输入的Fe2+和Mn2+创造了再氧化的条件;而在冰期,“大西洋水层”几乎退出了楚克奇陆架边缘.参照现代冰川溶水的化学组成,导致冰期M04孔Fe-Mn氧化物萃取液中REE富集和εNd显著正偏的环境要素,很可能是东西伯利亚冰盖的扩张及其冰下排水,而不是海冰排盐形成的“卤水”.这些发现进一步揭示了北冰洋REE的富集机制,论证了εNd示踪“大西洋水层”的有效性,并深化了对“大西洋水层”演变规律的认知.

关键词：钕同位素稀土元素大西洋水层楚克奇陆架边缘北冰洋海洋地质

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基于激光数据的北极海水二氧化碳分压研究

红外与毫米波学报 2024年第3期43卷 397-405页

作者：张思琪陈鹏张镇华潘德炉南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广东广州511458 齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所山东青岛266061 自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室浙江杭州310012 东海实验室浙江舟山316021

星载激光雷达作为一种新型的主动遥感技术,为全球海洋昼夜以及极地冬季海水二氧化碳分压的研究提供了可能。研究通过使用云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星(CALIPSO)数据,对全球海表面叶绿素a(Chla)浓度进行了反演,并构建了基于激光数... 详细信息

星载激光雷达作为一种新型的主动遥感技术,为全球海洋昼夜以及极地冬季海水二氧化碳分压的研究提供了可能。研究通过使用云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星(CALIPSO)数据,对全球海表面叶绿素a(Chla)浓度进行了反演,并构建了基于激光数据的前向神经网络模型(FNN-LID),重构了北冰洋海水二氧化碳分压(pCO_(2))昼/夜长时序数据集。在此基础上,对基于主动遥感的极地海水Chla浓度和海水pCO_(2)数据进行了验证与分析。结果显示,基于该算法的反演产品,具有较高的数据质量,不论是和其他被动遥感的产品还是独立浮标观测数据集都有较好的一致性,且能够有效“填充”极地冬季的数据空白。在北冰洋海区,受陆源强烈影响的边缘海都表现为较高的海表Chla浓度。北冰洋海水pCO_(2)的空间格局表现出经向的差异,且pCO_(2)的季节变化十分剧烈,甚至超过80μatm。近20年来,北冰洋稳定地表现为大气二氧化碳的汇,而在东西伯利亚海和喀拉海等海冰显著衰退的地区,海面pCO_(2)的增长率非常显著。

关键词：星载激光雷达反演北冰洋海水二氧化碳分压极夜长时序研究

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岩石磁学方法在海洋样品研究中的多解性讨论

地球物理学报 2024年第5期67卷 1891-1912页

作者：张强刘双迟刘建兴刘传周李金华刘青松中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029 自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室北京100029 南方科技大学海洋科学与工程系深圳518055

岩石磁学是研究自然以及人工合成磁性矿物性质变化的应用型学科.海底岩石和海洋沉积物等海洋样品中含有不同成因及来源的磁性矿物.这些磁性矿物蕴含了全球气候变化、微生物矿化、地球动力学演化等关键地质信息.岩石磁学可以快速解析这... 详细信息

岩石磁学是研究自然以及人工合成磁性矿物性质变化的应用型学科.海底岩石和海洋沉积物等海洋样品中含有不同成因及来源的磁性矿物.这些磁性矿物蕴含了全球气候变化、微生物矿化、地球动力学演化等关键地质信息.岩石磁学可以快速解析这些海洋样品中磁性矿物种类、含量、磁畴等特征的变化,为提取相关地质演化信息提供丰富的指标记录.然而,由于磁性矿物循环和海洋内部过程的固有复杂性,岩石磁学参数解译在海洋样品研究中存在多解性,在一定程度上制约了相关地质信息的深入解读.解决这一问题的关键在于对样品中载磁矿物的准确识别和量化.为此,本文首先简述了海洋样品中主要的磁性矿物类型,随后系统论述了应用岩石磁学方法评估海洋样品磁性矿物种类、含量以及磁畴状态等方面的多解性和注意事项.本文同时对岩石磁学的局限性、新兴技术和未来研究思路进行了展望.

关键词：岩石磁学磁性矿物海洋地质海洋科学参数多解性

冰期旋回中热带西太平洋碳源汇过程、机理与效应

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科学通报 2024年第13期69卷 1742-1758页

作者：李铁刚熊志方秦秉斌贾奇郭景腾自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 崂山实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266237

冰期旋回是第四纪地球气候变化最显著的特征,热带西太平洋通过水文循环控制全球气候演化,这是“气候演变低纬驱动”理论的核心内容.由于现代热带西太平洋CO_(2)总体上处于海-气平衡,因此基于“将今论古”的思想,长期以来学术界认为热带... 详细信息

冰期旋回是第四纪地球气候变化最显著的特征,热带西太平洋通过水文循环控制全球气候演化,这是“气候演变低纬驱动”理论的核心内容.由于现代热带西太平洋CO_(2)总体上处于海-气平衡,因此基于“将今论古”的思想,长期以来学术界认为热带西太平洋相对于南大洋等高纬海区在大气CO_(2)分压(pCO_(2))冰期旋回中的作用并没那么重要,从而低估了热带西太平洋通过碳源汇演替调控全球气候的作用.在综合分析上新世以来冰期旋回中热带西太平洋碳源汇过程与机制的基础上,总结出了其气候效应模式,发现冰期时海平面降低导致更多的河流营养物进入海洋,致使近海表层有机碳生产和海底有机碳埋藏加强;同时,远洋为了“补偿”陆架珊瑚礁等钙质生物碳酸盐生产的减少,引起其深部CO32和碱度增加,致使远洋深部碳库增强;另外,开放洋区大型硅藻勃发等有机碳生产演化事件在大洋深部形成呼吸碳库,进一步“放大”了上述增强的深部碳库.这些碳循环过程表明冰期热带西太平洋扮演碳汇角色.间冰期时上述碳循环过程发生的方向或强度与冰期相反,但目前还没有证据证明间冰期热带西太平洋是否扮演碳源角色;尽管冰消期,其确实能向大气释放CO_(2).此外,叠加在冰期旋回之上的长尺度记录以及跨越冰期旋回的重大事件记录均显示,热带西太平洋可以通过全球的遥相关或洋际交换,在深部“被动”形成碳库.但这种“被动”形成的深部碳库是否也发生在冰期旋回中还有待于进一步证实.总之,热带西太平洋碳循环也同水文循环一样,通过碳源汇演替对冰期旋回中大气pCO_(2)和全球气候产生重要影响,从而丰富了“气候演变低纬驱动”理论的内涵.

关键词：表层海洋固碳深部海洋储碳海平面风尘碳循环上新世以来

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东海近岸持久性有机污染物分布及其影响因素

中国环境科学 2024年第4期44卷 2217-2246页

作者：赵婧嫄杨群慧季福武曾婷同济大学海洋地质国家重点实验室同济大学国家海底科学观测系统项目办公室上海200092

收集分析近10a东海近岸海水和沉积物中全氟烷基物(PFASs)、多氯联苯(PCBs)、多溴联苯醚(PBDEs)、有机氯农药(OCPs)、邻苯二甲酸酯(PAEs)和多环芳烃(PAHs)等六种典型持久性有机污染物(POPs)的分布及其影响因素的研究数据.结果表明,基于... 详细信息

收集分析近10a东海近岸海水和沉积物中全氟烷基物(PFASs)、多氯联苯(PCBs)、多溴联苯醚(PBDEs)、有机氯农药(OCPs)、邻苯二甲酸酯(PAEs)和多环芳烃(PAHs)等六种典型持久性有机污染物(POPs)的分布及其影响因素的研究数据.结果表明,基于半数效应浓度(EC50)或海洋沉积物质量标准对海水和沉积物中POPs的生态风险评估,表明东海近岸大部分海域的PCBs、PBDEs和OCPs生态风险较低,但在杭州湾附近海域处于轻微至中等生态风险水平.PAHs整体上处于中等偏低及以下风险,PAEs处于中等偏高风险.PFASs处于中等及以下风险,但其中的全氟辛烷磺酸(PFOS)在长江口附近的生态风险较高.来自陆源输入的POPs在东海近岸海水和沉积物中的分布主要受到长江冲淡水、大气干湿沉降、沿岸流和潮汐作用的影响,呈现出绝大多数污染物含量在长江口和杭州湾附近较高,且向外海和南部沿岸总体降低的趋势.在浙闽沿岸泥质区、东海陆架泥质区,沉积物中部分污染物含量明显较高,与泥质区细颗粒泥沙对POPs的结合能力较强密切相关.长江冲淡水与东海海水交汇过程中温盐差异形成的“大陆边缘过滤器”效应,使得沉积物中部分POPs含量在盐度1~5的海域较高.东海的季节性低氧使得DDTs和PCBs等POPs普遍发生还原降解作用.除生物降解作用之外,生物泵和生物扰动等也会影响POPs在东海的分布.虽然我国已加强了对POPs的管控,但目前东海近岸的局部海域的POPs污染仍然存在,有待未来进一步完善POPs的监测手段和风险评价标准,并继续加强对新污染物的监测和环境行为研究.

关键词：东海长江口持久性有机污染物(POPs) 时空分布风险评估