（海洋地质专业论文）中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素（机制）研究.pdf

中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素( 机制) 研究 中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征 及其影晌因素( 机制) 研究 摘要 本文分别对中太平洋及东海陆架海洋雾状层进行了研究。 中太平洋海洋雾状层的研究以2 0 0 5 首次环球大洋考察1 2 个站位的1 3 2 个悬浮 体样品含量、2 8 2 0 个悬浮体和底质i c p m s 分析数据及航次资料为依据，对中太平 洋水体中悬浮体的颗粒物元素组分及其运移示踪指标进行了系统研究。 中太平洋雾状层和悬浮颗粒物的基本特征及其相关物源研究表明：1 ) 本区 悬浮体含量很少，一般不超过0 3 0 m g d m 3 。悬浮体含量和悬浮颗粒物中主要元素 垂向分布里三段式变化。表层雾状层颗粒物含量较近底雾状层少，以生源组分为 主，而近底雾状层内以陆源为主；2 ) 多金属结核区西区雾状层内悬浮体含量明 显高于东区，火山源颗粒物质含量明显多于东区，可能与西区洋底火山喷发作用 比较强烈有关；3 ) 在海山顶部和斜坡区海底为多金属结壳覆盖的情况下，大洋 中广泛存在的近底雾状层并不存在。 中太平洋近底雾状层颗粒物示踪指标研究显示，悬浮体中b a 的9 6 以上属于 生源成因，经换算所获得的生源钡( b 钆t 。) 是生源组分的良好指标，t i 和a 1 是陆 源组分的良好指标，与国际上的结论十分相似。通过1 2 种主要元素相关分析，筛 选出b a 。o t i 和b 。 1 值作为陆源生源物质比例的敏感性指标。与上覆水体相 比，近底雾状层内陆源组分显著增加，但较底质沉积物为低；生源组分则明显降 低，但比底质沉积物为高，这一规律说明底质沉积物再悬浮对近底雾状层有显著 的影响，表明b a 。j t i 和b a 。o a t 值可以作为近底雾状层颗粒物的高精度示踪指标， 其中b a 。o a i 值尤为敏感。这一结果补充了国际上通用的b a b t 。和b a - “a t 示踪指标 的内容。 东海雾状层的研究以2 0 0 3 年秋季在东海4 8 个测站分层采集的悬浮体水样及 剖面站位连续的水体温度、盐度、深度、浊度等大量数据为基础，研究了东海海 洋雾状层的特征、分类和台风前后的变化，结合水文环境因子分析了其影响机制 和台风的影响。 中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素( 机制) 研究 提出了东海海洋雾状层结构的三种基本类型，对国际上适合于深海大洋的雾 状层的类型命名进行了改进，以与陆架区浅水环境相对应。揭示了在穿过陆架的 剖面上存在四个高浊度的雾状层中心区，彼此之间为不同水团分隔。雾状层结构 特征与以温、盐和密度为特征的海洋水团类型有良好的对应关系，黑潮在东海陆 架边缘沿陆坡的爬升及其入侵陆架的支流与较浑浊的黄、东海陆架水体的相互作 用，以及浊度较高的长江冲淡水在东海水体上层的存在，是东海雾状层类型复杂 多样的主因。陆架边缘的雾状层的水平扩散是陆架颗粒物质向深海输送的重要方 式。 台风对雾状层影响的研究表明，1 ) 台风过程引起东海陆架底质沉积物的强 烈再悬浮，大大增强了陆架下层雾状层的范围和浓度，使p n 断面上出现了浊度 达2f t u 、厚度超过2 0 m 的连续下层雾状层，覆盖了整个东海陆架。而三个雾状 层中心区的核心位置仍然基本未变；2 ) 三个下层雾状层中心区的范围增加了2 倍，浊度增加5 倍，雾状层范围和浊度的大幅度扩展表明陆架颗粒物向东部深海 的输送也大量增加：3 ) 台风增强了黑潮次中层水入侵陆架中上层水体，压制了 中、外陆架区下层雾状层的向上扩展，其厚度反而低于台风前，同时推动下层浑 浊水体反向朝陆架边缘扩展。上述研究揭示出台风产生的极端海况对陆架物质输 送通量和海洋环境有重大影响。本文是有关台风对雾状层影响的首次报道。 本文研究工作依托中国大洋矿产资源研究开发协会“十五”环境研究与评价 项目“近底雾状层颗粒物组成及其运移示踪的研究”( 项目编号：d y l 0 5 一0 2 0 7 ) 和国家“9 7 3 ”项目中国典型河口一近海陆海相互作用及其环境效应( 项目号 2 0 0 2 c b 4 1 2 4 0 4 ) 的资助。 关键词：中太平洋：东海；海洋雾状层；悬浮颗粒物；示踪指标；台风过程 l l 中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素( 机制) 研究 s t u d yo ut h ec h a r a c t e r i s t i c so fm a r i n en e p h e l o i dl a y e r sa n d t h e i ri n f l u e n t i a lf a c t o r si nt h em i d d l ep a c i f i co c e a na n di n t h ee a s tc h i n as h e l fs e a a b s t r a c t t h i ss t u d yo nt h em a r i n en e p h e l o i dl a y e r sw e r ec o n d u c t e di nt h em i d d l ep a c i f i c o c e a na n dt h ee a s tc h i n as h e l fs e a ，r e s p e c t i v e l y b a s e do nt h ed a t ao ft o t a ls u s p e n d e dm a t t e r 口s m ) o f1 3 2s a m p l e st a k e na t1 2 s t a t i o n sd u r i n gt h ec h i n e s ef i r s ta r o u n dt h ew o r l dc r u i s ei n2 0 0 5a n d2 8 2 0e l e m e n t a l d a t ab yi c p m sa n a l y s i sf o rt h es u s p e n d e dm a t t e ra n ds u r f a c es e d i m e n ts a m p l e sf r o m t h es a m es t a d o n sas y s t e m a t i cs t u d yo nt h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n sa n dt r a n s p o r tt r a c e i n d e x e so ft h es u s p e n d e dp a r t i c l e si nt h ew a t e rc o l u m n si nt h em i d d l ep a c i f i co c e a n w a sc o n d u c t e d t h eb a s i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h em a r i n en e p h e l o i dl a y e r s0 舰s ) a n ds u s p e n d e d p a r t i c l e s ，a n dt h er e l a t e dp a r t i c l es o u r c ea n a l y s i ss h o wt h a t ： 1 ) t h ec o n c e n t r a t i o no f s u s p e n d e dp a r t i c l e si nt h ew a t e rc o l u m n si sv e r yl o w , g e n e r a l l yl e s st h a n0 3 m g d m t h ev e r t i c a lp r o f i l e so ft s ma n dt h ec o n c e n t r a t i o no ft h em a i ne l e m e n t si nt h e p a r t i c l e sv a r y i nat h r e es e c t o mw a ya l o n gt h ew a t e rc o l u m n t h ep a r t i c l e c o n c e n t r a t i o ni nt h es u f a c en e p h i l o i dl a y e r ( s n l ) i sl o w e rt h a nt h a ti nt h eb e n t h i c n e p h i o i dl a y e r ( b n l ) t h eb i o g e n i cp a r t i c l e sa r cd o m i n a t e di nt h es n l ，w h i l et h e t e r r i g e n o u sp a r t i c l e sa r ed o m i n a t e di nt h eb n l ；2 ) t h ec o n t e n to ft s m a sw e l la st h e p a r t i c l e so fv o l c a n i co r i g i ni nt h em n l si nt h ew e s t e r nc h i n ap i o n e e ra r e aa r e s i g n i f i c a n th i g h e rt h a nt h a ti nt h e e a s t e r na r e a t h ei n c r e a s eo ft h ep a r t i c l e so f v o l c a n i co r i g i ni nt h ew e s t e r na r e ai s ，p r o b a b l y , d u et ot h es t r o n g e rs u b m a r i n e v o l c a n i ca c t i v i t i e si nw e s t e r na r e at h a nt h a ti nt h ee a s t e r na r e a ；3 ) t h ec o m m o n l y e x i s t e db n lw a sn o tf o u n do v e rt h et o pa n ds l o p eo ft h es e am o u n t a i n sw h i c ha r e c o v e r e db yt h em u l t i - m e t a l - r i c hc r u s tw i t l ll i t t l es e d i m e n t a n a l y s i so ft h et r a c ei n d e x e ss h o wt h a tt h e9 6 o ft h eb ai nt h es u s p e n d e d m 中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素( 机制) 研究 m a t t e ri so fb i o g e n i co r i g i n n 坞b i o - b aa n dt i a 1w a sc h o s e na st h eb i o g e n i ca n d t e r r i g e n o u ss o u r c em a r k e r s ，r e s p e c t i v e l y , i nc o i n c i d e n c ew i t ht h ep r e v i o u ss t u d i e si n t h ea t l a n t i co c e a n b i o b a t i b i o - b a a 1w e r ec h o s e n 懿t h es e n s i t i v em a r k e r st o s h o wt h ev a r i a t i o no ft h eb i o g e n i c t e r r i g e n o u ss u s p e n d e dp a r t i c l e si nm ist h r o u g h t h ec o r r e l a t i o na n a l y s i so f1 2m a j o re l e m e n t so ft h es u s p e n d e dp a r t i c l e s c o m p a r i n g w i mt h eo v e r l a i nw a t e r s t h ec o n t e n to f t e r r i g e n o u sp a r t i c l e si nt h eb n lw a si n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y , b u tw a sl o w e rt h a nt h a ti nt h es u r f a c es e d i m e n t a n dt h ec o n t e n to f b i o g e n i cp a r t i c l e sw a sd e c r e a s e di nb n l ，b u tw a sh i g h e rt h a nt h a ti nt h es u r f a c e s e d i m e n t t h i ss i t u a t i o ni n d i c a t e st h ep a r to ft h es u r f a c es e d i m e n te n t e r e di n t ot h e b n lt h r o u g hb o t t o mr e s u s p e n s i o n ，a n dt h eb i o - b a t i ，b i o - b a a ia r et h es e n s i t i v e t r a n s p o r tt r a c em a r k e r sf o rt h es u s p e n d e dp a r t i c l e si nt h eb n l t h ec h a r a c t e r i s t i c s c l a s s i f i c a t i o na n df o r m a t i o nm e c h a n i s mo ft h em n l si nt h e e a s tc h i n as h e l fs e a c s s ) t h et y p h o o ni m p a c to nt h em n ir sw e g ea n a l y z e da n d b a s eo nt h es u c c e s s i v ed a t ar e c o r d so fw a t e rt e m p e r a t u r e ，s a l i n i t y , d e n s i t y , d e p t h ， t u r b i d i t ya n ds u s p e n d e dp a r t i c l e ss a m p l i n gi n4 8s t a t i o n s ，c o l l e c t e di na u t u m n ，2 0 0 3 m n l si nt h ee c s sw e r ei d e n t i f i e da n dt h r e eb a s i cs t r u c t u r a lt y p e sw e r ed i f f e r e n t i a t e d n en o m i n a t i o no fm 烈lt y p e sw a si m p r o v e dt om e e tt h es h a l l o ww a t e rd e p t ho ft h e s h e l f s e a s f o u rm a j o rm n la r e a s 、i t i l1 1 i g ht u r b i d i t ya n ds e p a r a t e db yd i f f e r e n tw a t e r m a s s e sw e r ef o u n da l o n gt h ec r o s s - s h e l fs e c t i o np r o f i l e s t h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c o ft h em n l si sc o r r e s p o n d e dw i mt h ef e a t u r eo ft h ew a t e rm a s s e s t h ei n t r u s i o no f t h ek u r o s h i oc u r r e n ti n t ot h es h e l fs e a ，t h et u r b i dc h a n g j i a n gd i l u t e dw a t e rm a s sa n d t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h e c o a s t a lc u r r e n ts y s t e ma n dt h ek u r o s h i oc u r r e n ts h e i f b r a n c h e sa r er e s p o n s i b l ef o rt h es t r u c t u r a lv a r i e t yo ft h em a r i n en e p h e l o i dl a y e r si n t h ee a s tc h i n as h e l fs e a t h eh o r i z o n t a ld i s p e r s i o no fs u s p e n d e dp a r t i c l e si nt h e i n t e r m e d i a t en e p h e l o i dl a y e ra tt h es h e l fm a r g i ni st h em a j o rm a t e r i a l st r a n s p o r tm o d e f r o ms h e l f t ot h ed e e ps e ai nt h es h e l f m a r g i n t h es t u d yo ft h et y p h o o ni m p a c to nt h em n l ss h o w st h a t1 1t h ed i m e n s i o na n d t u r b i d i t yo ft h el o w e r 小儿si nt h ee c s si sd r a s t i c a l l yi n c r e a s e db yt h es t r o n gb o t t o m s e d i m e n tr e s u s p e u s i o nc a u s e db yt h et y p h o o np r o c e s s ac o n t i n u e dl o w e rm n lw i t h t u r b i d i t y2f t ua n dt h i c k n e s sm o r et h a t2 0 ma p p e a r e da l o n gt h ep nc r o s s - s h e l f i v 中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素( 机制) 研究 p r o f i l e ，c o v e r i n gt h ew h o l es h e l fa r e a h o w e v e r , t h ec o r el o c a t i o n so ft h et h r e em a j o r l o w e rm n l sr e m a i nu n c l l a n g e d ；2 ) t h ed i m e n t i o no ft h r e em a j o rl o w e rm n la r e a s i n c r e a s e db y2 t i m e sa n dt h e i rt u r b i d i t yi n c r e a s e db y5t i m e s t h i sd r a s t i ci n c r e a s eo f d i m e n s i o na n dt u r b i d i t yo ft h em n l si n d i c a t e st h a tt h es e a w a r dt r a n s p o r to ft h e p a r t i c l em a t e r i a l sf r o mt h ee c ss h e l ft oi t se a s t e r nd e e ps e ai sa l s oi n c r e a s e dl a r g e l y ； 3 ) t h ek u r o s h i os u b s u r f a c ew a t e ri n t r u s i o ni n t ot h es h e l f i se n h a n c e db yt h et y p h o o n f r o mt h ee a s ta n dr e a c h e dt ot h em i d d l es h e l fi nt h eu p p e rw a t e rc o l u m n ，p r e v e n t i n g t h el o w e rm n l sf r o mt h e f tu p l i f t t h i si sr e s u l t e di nd e c r e a s eo ft h eh e i g h t t h i c k n e s s o ft h el o w e rm n l 5w h i c hw a sl o w e rt h a nt h a tb e f o r et h et y p h o o n t h es t r e n g t h e no f t h ei n t r u s i o no ft h ek u r i o s h i os u b s u r f a c ew a t e ri nt h eu p p e rw a t e rl a y e rr e s u l t st h e i n c r e a s eo f w a t e ra n ds e d i m e n tt r a n s p o r tf r o mt h es h e l f t o w a r d sb a c kt ot h eo k i n a w a t r o u g ht h r o u g ht h el o w e rw a t e rl a y e r t h et y p h o o ni m p a c ts t u d yr e v e a l st h a tt h et y p h o o na n do t h e re x t r e m ed y n a m i c p r o c e s s e sh a v es t r o n ge f f e c to nt h ep a r t i c l et r a n s p o r ta n dm a r i n ee n v i r o m n e n ta sw e l l t h i sa r t i c l ei st h ef i r s tr e p o r to f t h et y p h o o ni m p a c to nt h em n l s t h i ss t u d yi s s u p p o r t e db yc h i n ao c e a nm i n e r a lr e s o u r c e sr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n ta s s o c i a t i o n sf u n dn u m b e rd y l 0 5 0 2 0 7a n dm i n i s t r yo fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g yw i t hg r a n tn o 2 0 0 2 c b 4 1 2 4 0 4 k e y w o r d s ：m i d d l e p a c i f i co c e a n ；e a s tc h i n as e a ；m a r i n en e p h e l o i dl a y e r ； s u s p e n d e dp a r t i c l e s ；t r a c ee l e m e n t ；t y p h o o np r o c e s s v 中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素( 机制) 研究 插图目次 图卜1d y l 0 5 1 7 b 航次调查站位取样图1 0 圈1 2 中国多金属结核开辟区区域图及主要调查站位位置1 1 图卜3 东海研究区及站位图东海夏季环流图；研究区取样站位及测线1 4 图2 1c i h 2 c t d 0 1 站温度、盐度及悬浮体含量的垂直分布图1 7 图2 - 2c 1 4 2 c t d 0 2 站温度、盐度及悬浮体含量的垂直分布图1 8 图2 3e p 0 5 - 0 2 站温度、盐度及悬浮体含量的垂直分布图1 9 图2 - 4w s 0 5 0 4 站温度、盐度、悬浮体含量及元素比值的垂直分布图2 0 图2 5m k c t d 0 4 、c a c t d 0 5 、e p 0 5 - o i 、e p 0 5 0 3 、e s 0 5 0 4 、e 0 5 - 0 2 站温度、盐度、悬浮 体含量的垂直分布图2 1 - 2 2 图3 1 图3 - 5c m 2 c t d 0 1 ，c m 2 c t d 0 2 、w s 0 5 0 4 、e s 0 5 0 4 、e 0 5 0 2 站水体中悬浮体浓 度和元素分布图2 6 - 3 3 图3 - 6悬浮体中重晶石扫描照片3 6 图3 7悬浮颗粒物中铝元素含量与钛元素含量的相关曲线3 7 - 3 8 图3 吨c 5 2 c t d 0 l 站水体悬浮体，生源钡、铝元素含量及其比值的变化3 9 图3 - 9c m 2 c t d 0 2 站水体悬浮体、生源钡、铝元素含量及其比值的变化4 0 图3 - 1 0w s 0 5 0 4 站水体悬浮体、生源钡、铝元素含量及其比值的变化4 1 图3 1 1e s 0 5 0 4 站水体悬浮体、钡、铝元素含量及其比值的变化4 2 图3 - 1 2e 0 5 - 0 2 站水体悬浮体、生源钡、铝元素含量及其比值的变化4 3 图4 1悬浮体浓度与浊度相关关系图5 4 图4 - 2p t 、p n 断面的水体浊度、温度、盐度和密度分布图5 7 图4 - 3p 9 ，c 7 站海洋环境因子垂向分布图5 9 图4 4c l 、p 8 站海洋环境因子垂向分布图6 0 图4 - 5t i 站海洋环境园子垂向分布图6 l 图4 - 6c 1 站与t 1 站水体浊度与叶绿素浓度变化曲线6 3 图4 7雾状层典型结构对比e 6 图5 - 1p i n 断面水体浊度，温度、盐度与东西方向流速图。7 3 图5 2p n 断面水体浊度、温度，盐度与南北方向流速图7 4 图6 - 1p n 断面台风前后水体浊度分布结构对比图。8 2 v i 中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素( 机制) 研究 圈6 2台风过程前后p 1 1 站水体结构对比8 4 图6 3台风影响下东海陆架水体结构变化p 8 - 1 站；p 8 站；p 9 站；p i o 站，8 7 图6 4台风影响下陆坡区a 2 站水体结构变化8 8 图6 5 台风影响下陆坡区各站水体结构变化8 9 v l l 中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素( 机制) 研究 表格目次 表3 1 悬浮体及其中总钛、铝、钡及换算的生物钡含量表，3 4 - 3 5 表3 - 2c m 2 c t d 0 1 站悬浮体中各主要元素相关系数表：4 6 表3 - 3c m 2 c 下d 0 2 站悬浮体中各主要元素相关系数表? 4 7 表3 4w s 0 5 0 4 站悬浮体中各主要元素相关系数表4 8 表3 5e s 0 5 0 4 站悬浮体中各主要元素相关系数表4 9 表3 6e 0 5 - 0 2 站悬浮体中各主要元素相关系数表5 0 表6 - 1 台风过程对水体结构影响程度表9 1 v 1 1 1 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ! 洼! 垄旦遗直基丝蠡要挂型直明笪! 查拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名出辱签字吼1 年厂月j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后 适用本授权书) 学位论文作者签名：去天；辱 导师签字：撼纠 p 签字日期：伽1 年g 月j _ 日 签字日期：勿7 年月f 自 工作单位；1 虱喙西佯局莠三j 辱洋臂莞 ；f 电话：谚9 2 一纠秒二才 通讯地址：覆；i 昂天学略f 留黾薄浑三妍邮编彭朋硝 中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素( 机制) 研究 0 前言 海洋雾状层( m a r i n en e p h e l o i dl a y e r ) 是指海洋水体中相对浑浊的水层 ( b i s e a y e ，e ta l ，1 9 7 7 ) ，其浊度在水体垂直剖面上明显高于上、下相邻一侧或两 侧的水体。雾状层中较高的浊度是水层中存在较多的悬浮颗粒物所引起的，雾状 层具有一定的厚度，自数米至几百米不等，在大洋中可厚达千米以上( r i c h a r d s ， 1 9 9 0 ；l a m p i t t ，e ta l ，2 0 0 0 ) 。雾状层在时间和空间上是变动的，但其层内的水文 特征如温度、盐度和浊度等具有一定的时空稳定性。雾状层中悬浮颗粒含量随海 区不同波动很大，在陆架区最高，每升含量一般在数毫克至上百毫克之间，大洋 海区一般低于0 0 5 毫克，陆架边缘海区的含量则介乎两者之间( m c c a v e ，1 9 8 6 ； n y f f e l e r , e ta l ，1 9 8 6 ；w a l s h ，e ta l ，1 9 9 9 ；h o s h i k a ，e ta l ，2 0 0 3 ) 。 雾状层内颗粒物质在大洋水平方向的输送通量超过了大洋上层水体中颗粒 物的垂直通量，同时海洋雾状层也是陆架颗粒物质向大洋输送及大洋内颗粒物质 运移的主要载体，在全球海洋颗粒物质收支中起着关键性作用( t h o m s e n , e ta l ， 2 0 0 2 ) 。近年来有关热液羽状流这一特殊雾状层的发现和研究为圈并热液喷口提 供了重要的手段( w i l l i a m s ，e ta l ，1 9 9 8 ；f i f l d ，e ta l ，2 0 0 0 ) 。在陆架海域，海洋雾 状层是陆架悬浮颗粒物质输运的主要载体，其中的颗粒物来源广泛，涉及量大， 内部生物地球化学、沉积动力过程复杂，是海洋物质通量研究的重要内容之一。， 海洋雾状层内碳循环的形式多样，过程复杂，涉及的物质量巨大，不同形式的碳 在雾状层中的存在时间、转移和归宿对研究海洋中碳循环的“源“和“汇”有重 要意义，已成为国际海洋碳循环研究中的热点之一( g r o f a n dr o s e n b e r g ，1 9 9 7 ： b a u e ra n dd m f f e l ，1 9 9 8 ；w i l l i a m s ，e ta l ，1 9 9 9 ；c r u oa n ds a n t s c h i ，2 0 0 0 ；f i f l d ，e ta l ， 2 0 0 0 ； r u t g e r s ，c la l ，2 0 0 2 ；b r u n c o t t a n ，e ta l ，2 0 0 2 ) 。同时，颗粒物相对集中的 海洋雾状层是现代海洋沉积过程的重要组成部分，在陆海相互作用研究中起到重 要的作用。( a l l e r , 1 9 9 5 ) s h a r m a , 2 0 0 1 ；m c k e e , e ta l ，2 0 0 4 ) 。 我国从8 0 年代以来在太平洋海域展开了大量的与海洋矿产有关的调查，大 洋环境基线研究也随之迸行。在洋底矿产勘探和开采过程中必然会使大量的沉积 物再次进入水体，形成雾状层，这些颗粒物质在水体中的扩散、传输和再沉积会 中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素( 机制) 研究 改变水体及洋底的海洋生态环境系统以及海洋物质循环。大洋悬浮体( 海洋雾状 层) 的研究为准确评价人类活动造成的再悬浮物质对海底生态环境系统及海洋物 质循环提供了必要参考，是大洋环境基线研究的有机组成部分。大洋协会“十 五”计划中首次在中国多金属结核开辟区对近底雾状层内的悬浮颗粒物组成和运 移单独立项进行研究，并在“十一五”计划进一步深入。本文有关中太平洋海洋 雾状层的研究就是大洋协会“十五”项目“近底雾状层颗粒物组成及其运移示踪 的研究”的研究成果。 中国东海是西太平洋最重要的边缘海之一，具有丰富的颗粒物质来源和复杂 的水动力环境；1 ) 黄河与长江多年平均入海悬浮泥沙分别居世界第二位和第四 位( m i l l i m a n ，e ta l ，1 9 8 3 ) ，为东海提供了大量陆源颗粒物；同时，东海陆架初 级生产力高，生源颗粒物也比较丰富；2 ) 强大的太平洋西部边界流黑潮由 东海陆架边缘入侵东海陆架，为浑浊的雾状层提供了较洁净背景水体；黑潮陆架 分支与陆架水体相互作用，产生了多个流系和水团，导致雾状层结构复杂多变。 上述客观条件使东海在研究陆缘海雾浊层方面具有海域优势。台风和冬季风暴在 这一海域经常发生，宽浅的陆架水体对它们引起的恶劣海况十分敏感，响应强烈， 海洋雾状层也随之发生重大变化。因此，东海是研究边缘海海洋雾状层得天独厚 的海域，进行东海雾状层的研究，对了解区域性陆海相互作用和长江与黄河物质 在东海的“源一汇”过程有重要意义。本文有关东海海洋雾状层的研究是国家科 技部“9 7 3 ”项目“中国典型河口近海陆海相互作用及其环境效应”的部分内 容。 研究现状 1 、大洋雾状层 大洋雾状层的研究始于2 0 世纪7 0 年代，b i s c a y e ，e t a l ( 1 9 7 7 ) 通过对数千条 大洋悬浮体垂向剖面的系统分析和整合，提出了大洋悬浮体垂向分布的基本形 式，表明了大洋雾状层的普遍存在。随后有关大洋雾状层的研究不断深入，主要 进展体现在以下几个方面： ( 1 ) 、雾状层的垂向结构 中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素( 机制) 研究 以水体中浊度的垂向分布特征为依据分析海洋雾状层类型，这是雾状层研究 的基本内容。b i s c a y e ，e t a l ( 1 9 7 7 ) 提出的大洋雾状层典型垂向结构为简单的双层 型，即分为表层雾状层和近底雾状层两层。w a l s h , e ta 1 ( 1 9 9 9 ) 年提出陆架边缘 一大陆坡的雾状层垂向结构分为三层，即表层雾状层、中部雾状层和近底雾状层。 随着探测仪器的改进和研究的深入，进一步发现大洋雾状层结构远较双层( 三层) 型复杂，仅仅在近底雾状层内就可以划分为近底混合层和近底边界层等 ( t u m e w i t s h ，e t a l ，2 0 0 1 ) 。随着更灵敏的海洋调查仪器的应用，雾状层的垂向结 构划分更为详细，各分层之间的物质交换和生物作用是目前研究的重点。 ( 2 ) 、雾状层内的颗粒物组成 “雾状层”，是由于其中含有大量的颗粒物质而得名。多年来，雾状层内的 颗粒物质受到许多学者的关注。雾状层中悬浮颗粒物的大小、形状及化学组成与 其物质来源有很大的关系( b o e t i u s ，e ta l ，2 0 0 0 ) 。颗粒物表面粘附有大量的生物 ( 如细菌) ，悬浮颗粒物之间可能相互碰撞后聚集起形成粒径较大的颗粒聚集 体( a g g r e g a t e s ) ，如果这些颗粒物由胶体膜状物聚合，则称为有机包膜( 又称“海 洋雪花”，m a r i n es n o w ) ( r a n s o m ，e ta l ，1 9 9 8 ) ，在悬浮颗粒物的凝集和下沉中有 重要作用，其生物地球化学意义正在成为研究热点。 研究证实，雾状层内的颗粒物类型繁多，成分复杂，主要颗粒类型有生物碎 屑、岩石碎屑、矿物碎屑和有机碎屑( e g j a c k s o n ，c ta l ，1 9 9 8 ：p u d s e y , e ta l ，1 9 9 8 ) 。 雾状层的物质来源主要有陆源、生源以及海底表层沉积物的再悬浮。陆源物质成 分主要有石英、云母、钾长石、斜长石以及粘土矿物( 主要包括蒙脱石，绿泥石、 伊利石、高岭土) ，其中一部分来自风成作用( b o u t - r o u m a z e i l l e s ，e ta l ，1 9 9 9 ) ；生 物成因的物质主要为方解石、蛋白石，颗藻石等，它们都是生物残体的主要成分。 新的生源物质主要是硅藻和生物粪粒( r u t g e r s ，e ta l ，2 0 0 2 ) ，少量的生源重晶石。 陆源或生源物质进入海底表层沉积后，在近底洋流的作用下发生再悬浮，使底部 雾状层的营养物质、溶解有机碳、成岩矿物( 如f e 、a 1 、s i 等) 的含量相对较高。 表层雾状层以及中上层大洋水体的雾状层中悬浮颗粒物主要为生源组分( 主要是 新近形成的浮游植物残体) ，颗粒物浓度与垂直分布的叶绿素a 的含量有很好的 相关性，表明主要受海洋初级生产力的控制( s c o t t , e ta l ，1 9 9 5 ) 。较深的中层雾 状层除了一些生源物质外，也含有成岩矿物，其物质一部分来自上部水体的沉降 中太平洋及东海陆架海洋雾状层特征及其影响因素( 机制) 研究 颗粒，但其大部分颗粒物是由于近底雾状层在大陆边缘发生扩散分离后沿着等密 度线进入中层雾状层，因此，其颗粒物质组成与近底雾状层很相似。近底雾状 层的悬浮颗粒物组成较复杂，来源于陆地的悬浮颗粒物粘土成分较多，一般富含 硅、锅、镁、铁等元素，颗粒物由于经过矿物风化后经雨水的冲刷随河流远距离 输送到海底，一般磨圆度较好( f e e 2 y , 1 9 7 5 ) 。另外，如近底雾状层深度在c c d 以下，雾状层中的碳酸盐颗粒溶解，不再存在。在近底雾状层中生物微生物( 如 细菌) 的数量及活性增大，细菌利用雾状层中的营养源进行自身代谢，致使近底雾 状层中的悬浮颗粒物总量、形态、迁移过程等皆发生变化( t o w n s e n d ，e ta l ，1 9 9 2 ) 。 ( 3 ) 雾状层颗粒物示踪和通量研究 大洋悬浮颗粒物中蕴含了丰富的地质信息( t h o m s e n ，e ta 2 ，1 9 9 6 ；g r a f , 1 9 9 7 ； g i 2 b e 吒e ta l ，1 9 9 8 ；b r o s t r s m ，e ta 2 ，1 9 9 9 ；s a n t s c h ic ta l ，1 9 9 9 ；c a r t e r , e ta l ，2 9 9 9 ； f r i e d r i c h s ，e ta 2 ，2 0 0 0 ；t h o m s e n , e ta l ，2 0 0 0 ；t u r l e y , 2 0 0 0 ) 。分析悬浮颗粒物特征、 提取颗粒物物源示踪指标，是大洋环境基线研究的重要组成部分，为大洋水体提 供环境背景，同时揭示悬浮颗粒物与海洋水体相关组分和底质沉积物之间的交换 过程。有关大洋悬浮颗粒物质来源的研究由来已久，特异性物源示踪指标的提取 是物源研究的重点。其中对陆源组分 包括风尘) 的判别主要利用搬运过程中不 易改变特征的陆源矿物、元素( 黏土矿物、陆源石英及铝和钛元素等) 来进行 ( f r a n z ，e ta l ，2 0 0 1 ；g r e a v e s ，e ta l