论文部分内容阅读
沉积物-海水界面是海水与沉积物质交换的地带，这里发生着复杂的物理、化学、生物、地质过程，是海洋沉积地球化学的重要领域之一。沉积物中发生的生物地球化学和矿物溶解反应引起沉积物-海水界面pH变化。沉积物中的pH分布不仅反映了早期成岩作用的酸碱平衡机制，而且反映了例如溶质扩散，沉积物与上覆水物质交换的交换及迁移过程；同时，海洋沉积物以碳酸钙和有机物形式埋藏的碳是海洋碳循环的一个重要环节。，通过沉积物-海水界面的pH值检测，可作为了解沉积物的生物地球化学与成矿作用过程中的一个重要指标。本文在模拟实验基础上，探讨了生物扰动及海底埋藏二氧化碳泄露对沉积物中pH的影响，取得主要研究成果如下：（1）利用HPTS荧光指示剂在405nm以及450nm具有两个激发波长，在520nm具有单发射波长的特点，将其嵌入在醋酸纤维素基体制备成平面pH传感膜，构建了基于比率测量法的光学平面pH传感系统，所制备平面传感系统的空间分辨率为86m，响应时间小于20s，pH测量范围为6.5到8.5。（2）基于所开发的光学平面传感器开展了沙蚕扰动对沉积物pH影响的观测实验，实验结果表明表层沉积物与海水的pH值与海水相差0.4-0.6个单位；沙蚕掘穴活动明显的影响沉积物的pH值变化，当上覆水灌溉到洞穴中，使得垂直梯度上的pH值与上覆水接近，遗弃的洞穴23小时后随着沉积物的填埋其pH值逐渐降低。（3）埋藏CO2泄露对沉积物-海水界面pH有着明显影响，实验结果表明随着二氧化碳的从底部不断的渗漏到上覆水过程中，使得沉积物及上覆水的pH值降低。上述研究表明底栖生物活动及底部二氧化碳的泄露对沉积物-海水界面的pH值的变化有着显著的作用，改变表层沉积物部分区域微环境酸化与氧化还原反应环境，影响了表层沉积物的生化和物化特性。平面光学pH传感器可以反映沉积物-海水界面的高时空分辨率的两维pH分布，对揭示海底生物地球化学反应的动态变化规律、构建不同的生物地球化学反应模型具有良好的支撑作用。