黃河口碳輸運(yùn)過(guò)程及其對(duì)萊州灣的影響.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、河口是陸地碳儲(chǔ)庫(kù)向海洋碳儲(chǔ)庫(kù)碳輸運(yùn)的通道,河口的物理、化學(xué)、生物過(guò)程在空間尺度和時(shí)間尺度上的變化程度相對(duì)于陸地和海洋都比較劇烈,這些劇烈的河口過(guò)程對(duì)陸地向海洋的碳循環(huán)能夠產(chǎn)生明顯的影響,從而導(dǎo)致碳的有效輸送通量發(fā)生變化,河口有效的碳通量研究作為補(bǔ)充目前全球碳循環(huán)中的循環(huán)途徑不閉合問(wèn)題的重要方面,逐漸成為全球碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)。黃河是世界上著名的高渾濁度河流,其陸源碳的入海對(duì)渤海乃至整個(gè)西北太平洋邊緣海的生物地球化學(xué)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生重要影響,研究

2、黃河口碳的輸運(yùn)過(guò)程及有效入海通量,對(duì)于更完整、更準(zhǔn)確地探討全球陸地碳儲(chǔ)庫(kù)向海洋碳儲(chǔ)庫(kù)碳的單向輸運(yùn)過(guò)程具有重要的代表性。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部項(xiàng)目的支持下,在黃河口淡成水混合帶進(jìn)行了汛期(2004.9;2005.9)和非汛期(2004.4;2006.4)4個(gè)航次的考察,并結(jié)合黃河調(diào)水調(diào)沙過(guò)程對(duì)萊州灣內(nèi)碳參數(shù)分布開(kāi)展了2005.7;2005.9兩個(gè)航次的調(diào)查,對(duì)汛期和非汛期黃河口碳的輸運(yùn)過(guò)程及有效入海通量進(jìn)行了研究,并對(duì)黃河碳

3、輸運(yùn)對(duì)萊州灣內(nèi)碳體系的影響作了科學(xué)的評(píng)價(jià)。本文內(nèi)容主要有四個(gè)部分:①黃河口混合帶有機(jī)碳的輸運(yùn)特征及有效通量;②黃河口無(wú)機(jī)碳的輸運(yùn)過(guò)程及有效通量;③黃河口pCO<,2>的時(shí)空分布及維持機(jī)制;④黃河碳輸運(yùn)對(duì)萊州灣碳參數(shù)的影響。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論如下: 顆粒有機(jī)碳:黃河泥沙中POC%與泥沙中值粒徑增加有良好的指數(shù)下降關(guān)系,黃河泥沙中POC%的極限值大約為0.60%。黃河懸浮物中顆粒有機(jī)碳的含量在進(jìn)入河口前比較穩(wěn)定,約為0.36%,接

4、近于黃土高原土壤有機(jī)碳的背景值0.39%,在河口低鹽度區(qū)(0

5、,黃河口泥沙的沉降作用對(duì)顆粒有機(jī)碳的截留效率約為72.8%;應(yīng)用多元線性回歸法對(duì)黃河不同粒級(jí)懸浮物中POC%的含量進(jìn)行了優(yōu)化處理,結(jié)合河口感潮河段懸浮物的粒徑組成,可以發(fā)現(xiàn)小于32μm的細(xì)顆粒懸浮物承載了99.5﹪的黃河入海顆粒有機(jī)碳。溶解有機(jī)碳:可能受到人工堤壩調(diào)控的影響,汛期和非汛期黃河進(jìn)入河口時(shí)溶解有機(jī)碳的含量較為穩(wěn)定,分別為2.60mg/l和3.01mg/l;汛期和非汛期河口感潮河段沉積物向上覆水釋放DOC能導(dǎo)致黃河DOC的有效

6、入海通量分別增加10﹪和20﹪左右。當(dāng)懸浮物含量超過(guò)455mg/l時(shí),黃河入海的有機(jī)碳以顆粒態(tài)為主:反之,以溶解態(tài)為主。 溶解無(wú)機(jī)碳:黃河口DIC含量普遍高于世界上其他河口,季節(jié)分布特征是汛期DIC小于非汛期。汛期和非汛期黃河口DIC分別在S>5和S>18的高鹽度區(qū)保守性降低,低鹽度區(qū)DIC虧損的原因是由于碳酸鈣的沉降作用,這種沉降作用是以ca2<'+>+HCO<,3><'->→CaCO<,3>+CO<,2>(g)+H<,2>

7、O的形式進(jìn)行的。受河口區(qū)域碳酸鈣沉降作用的影響,黃河流域風(fēng)化作用吸收的CO<,2>在河口將會(huì)有10﹪重新釋放到大氣中。黃河口淡咸水混合過(guò)程中pH會(huì)出現(xiàn)相對(duì)于淡水端異常升高的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于混合過(guò)程中pCO<,2>相對(duì)于[HCO<,3><'->]更為迅速的降低引起的,可以通過(guò)黃河口混合區(qū)相對(duì)于淡水進(jìn)入河口前pH的異常升高的區(qū)域來(lái)表征碳酸鈣的沉降作用發(fā)生的鹽度范圍。 顆粒無(wú)機(jī)碳:黃河口懸浮物中碳酸鹽含量較高,這導(dǎo)致堿度受

8、懸浮物影響較大,只有當(dāng)懸浮物含量小于53mg/l時(shí),懸浮物對(duì)堿度的影響可以忽略不計(jì),因此測(cè)定黃河口的堿度時(shí)必須進(jìn)行過(guò)濾;黃河口顆粒無(wú)機(jī)碳濃度主要受控于懸浮物含量,陸源懸浮物中PI﹪穩(wěn)定在1.75﹪左右,當(dāng)懸浮物含量小于200mg/l時(shí),由于浮游植物構(gòu)成的海源懸浮物對(duì)陸源懸浮物的稀釋作用,懸浮物中PIC﹪會(huì)迅速下降。黃河口泥沙沉降作用對(duì)顆粒無(wú)機(jī)碳的截留效率約為80﹪。 二氧化碳分壓(pCO<,2>):黃河口懸浮物在低鹽度區(qū)域大量

9、沉降,顆粒有機(jī)碳也隨之沉降下來(lái),從而使耗氧細(xì)菌所利用的碳源迅速減少,表觀耗氧量迅速降低,水體中的pCO<,2>也相應(yīng)的在鹽度0-5的區(qū)域迅速下降,由于高碳酸氫鹽的黃河水中存在以下平衡: Ca<,2+>+HCO<,3><'->→CaCO<,3>↓+CO<,2>(g)+H<,2>O 當(dāng)pCO<,2>下降時(shí),平衡會(huì)向右移動(dòng),導(dǎo)致黃河低赫度區(qū)發(fā)生碳酸鈣的沉降現(xiàn)象使DIC發(fā)生虧損;因此,黃河口低鹽度區(qū)懸浮泥沙的大量沉降作用能夠?qū)?/p>

10、致pCO<,2>迅速下降,這是驅(qū)動(dòng)黃河口發(fā)生碳酸鈣沉降作用的主要機(jī)制。另外,非汛期(4月份)黃河口磷酸鹽含量較高,隨著鹽度0-5的區(qū)域懸浮物的大量沉降,水體光的透射率增加,使得浮游植物消耗CO<,2>也能夠加劇碳酸鈣的沉降作用,因此非汛期黃河口碳酸鈣的沉降范圍會(huì)擴(kuò)展到鹽度為0-18的區(qū)域。從整體上看,黃河口在低鹽度區(qū)域生物耗氧呼吸作用和碳酸鈣的沉降作用是控制水體中pCO<,2>的主要因素,而高鹽度區(qū)pCO<,2>可能主要來(lái)源于海水對(duì)高堿

11、度、高pH的黃河水的酸化作用。受黃河調(diào)水調(diào)沙的影響,巨量的黃河淡水輸入能夠造成萊州灣鹽度整體性下降,萊州灣溶解性碳(DOC、DIC)的分布都表現(xiàn)為由西南部向東北部外海逐漸降低的趨勢(shì),調(diào)水調(diào)沙期間萊州灣DOC、DIC具有同源性,應(yīng)以黃河輸入為主。但9月份小清河入海流量增大后明顯能對(duì)萊州灣西南部DOC、DIC的分布產(chǎn)生影響。通過(guò)對(duì)懸浮物中POC%的分析可以發(fā)現(xiàn)造成萊州灣內(nèi)靠近黃河口和南部沿岸區(qū)兩個(gè)POC濃度高值區(qū)的因素分別是受黃河陸源輸入和

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