南海S1站和TS1站水柱中颗粒物的组成、来源及其控制因素

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海洋颗粒物是许多海洋生物地球化学过程的关键环节。开展海洋颗粒物组成与来源的研究有助于进一步深入理解诸多海洋生物地球化学过程及其控制机制。  本研究运用扫描电镜和能谱分析仪,采用单颗粒分析的方法,对2007年夏季采自南海海域S1站(116.003°E,18.000°N,9个水层)和TS1站(111.756°E,14.257°N,10个水层)垂直剖面的颗粒物样品进行了分析和研究,获得了如下一些结果。  南海海域海水中的颗粒物可分为3大类:有机碎屑,生物颗粒和非生物颗粒,生物颗粒包括钙质生物、硅质生物和等棘虫,非生物颗粒包括含铁颗粒、含硫颗粒、碳酸盐颗粒和含硅铝颗粒。各类型颗粒物在S1站平均百分含量分别为:硅铝颗粒(40.2%)>钙质生物(20.1%)>硅质生物(16.4%)>有机碎屑(8.1%)>含铁颗粒(6.9%)>碳酸盐颗粒(6.1%)>含硫颗粒(2.1%),在TS1站的平均百分含量分别为:硅铝颗粒(52.8%)>含铁颗粒(16.3%)>硅质生物(16.1%)>钙质生物(6.8%)>有机碎屑(4.0%)>碳酸盐颗粒(2.0%)>含硫颗粒(1.9%)。等棘虫的含量最少,两站位均仅在部分层位中有极少量检出。钙质生物、硅质生物和等棘虫颗粒主要源于海洋生物活动,在S1站和TS1站所占的平均百分含量分别为36.58%和23.04%;含铁颗粒和含硅铝颗粒主要源于陆源碎屑矿物颗粒的输入,在S1站和TS1站所占的平均百分含量分别为47.03%和69.06%,;而有机碎屑、碳酸盐颗粒和含硫颗粒可能有多种来源。  悬浮颗粒的粒径主要分布在0.2~8.0μm范围内,大于8.0μm的颗粒物的种类和所占比例相对较少。在S1站和TS1站,对两个粒径范围内的颗粒物进行对比,粒径主要分布在0.2~8.0μm范围内的颗粒物包括:钙质生物颗粒(95.4%和91.8%)、硅质生物颗粒(90.4%和81.9%)、含硅铝颗粒(87.0%和76.4%)及含铁颗粒(85.8%和86.0%),具有明显空间差异的颗粒物包括:有机质碎屑(57.2%和32.5%)和碳酸盐颗粒(55.3%和39.6%),粒径主要大于8.0μm的颗粒物包括:含硫颗粒(68.3%和58.3%)和等棘虫。  对比分析S1站和TS1站颗粒物含量与组成,总悬浮颗粒物含量在TS1站显著高于S1站。TS1站的硅质生物颗粒、含硅铝颗粒、含铁颗粒和等棘虫含量高于或显著高于S1站。而S1站的钙质生物颗粒、碳酸盐颗粒和有机质碎屑颗粒含量显著高于TS1站,表明S1站碳酸盐类颗粒的生成量显著高于S1站。含硫颗粒的含量在两个站位没有明显差别。  钙质生物、硅质生物在两个站位150 m以浅的垂直分布均主要受控于浮游植物的初级生产力,200 m以深两种颗粒物在不同水深则表现出不同的沉降积累和溶解作用控制效应。含硅铝颗粒和含铁颗粒的溶解在两个站位200 m以浅与浮游植物生长有关,200 m以深S1站含硅铝颗粒表现为沉降累积效应,含铁颗粒表现为溶解作用,TS1站含铁颗粒呈现明显的沉降累积效应。S1站有机碎屑200 m以浅可能来源于浮游植物降解,TS1站有机碎屑的变化与浮游植物的降解无关。两个站位150 m以浅的含硫颗粒、S1站碳酸盐的分布与原位生产有关,而TS1站碳酸盐200 m以深则受控于溶解作用。S1站150m以浅,200 m至2000m,3500m三大水层中,相应地控制总悬浮颗粒物量变的颗粒物分别为:有机碎屑和含硅铝颗粒,钙质和硅质生物,含硅铝颗粒;TS1站150m以浅,200m至1000m,1500m三大水层中,相应地控制总悬浮颗粒物量变的颗粒物分别为:含硅铝颗粒和有机碎屑,含硅铝颗粒,含铁颗粒。  对生物颗粒而言,首先,主要源于钙质和硅质浮游植物初级生产的钙质和硅质生物碎片的检出量远远大于其相对完整壳体的检出量,即样品采集时钙质和硅质浮游植物即时生产的生物颗粒量仅占生物颗粒总量非常小的部分。其次,在150m以浅,钙质和硅质生物的含量与含铁和/或含硅铝颗粒的含量之间呈现出明显的负相关关系,表明陆源含铁和/或含硅铝颗粒可能是钙质和硅质浮游植物重要的营养物质。再次,钙质生物颗粒最主要的元素组成为钙,硅质生物颗粒硅最主要的元素组成为硅,等棘虫生物壳体主要由硫酸锶组成。  碳酸盐颗粒有两种来源,总体而言,钙质生物形成的碳酸盐颗粒量明显高于无机沉淀形成的碳酸盐颗粒量,但后者也是总碳酸盐颗粒的重要组成部分。在S1站和TS1站的各研究层位,由钙质生物形成的碳酸盐颗粒分别占总碳酸盐颗粒的12.3%~93.7%和16.0%~95.7%,平均值分别为65.8%和70.1%。  从表层至150m,S1站和TS1站有机碎屑与总悬浮颗粒之间的正相关关系分别为1和0.66,表明有机碎屑是总悬浮颗粒物量变的主要控制因素之一。  硫酸盐颗粒有两种成因,等棘虫形成的硫酸盐的主要化学组成为SrSO4,非生物成因的含硫颗粒的主要化学组成为CaSO4。
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