（环境科学专业论文）黄河口无机碳的时空分布及其输运通量.pdf

黄河口无机碳的嘭空分布及其输运通量 表层沉积物中p i c 在河口口外的水平方向上和河口南部存在高值区，在河口南 部沉积物中p l c 大于l 的区域相当大，这是冲淡水中大量p i c 在此沉积的结 果。在河口外东北和东南部p c 远比口门处小，东经1 2 0 。以外海区只有o 5 5 。 三黄河及黄河口不同形态无机碳的行为特征 黄河主干道兰州站黄河水体悬浮物中方解石和文石含量较低，而郑州花园口 站方解石的含量非常高，非常显著的显现出了黄土高原的特征，黄河口河道站方 解石的含量仍然非常高。黄河口淡咸水混合区悬浮物中盐酸相和n a o h 相无机 碳所占比例均为总无机碳含量的三分之一左右。海水悬浮体中盐酸相无机碳百分 含量最高，占总无机碳含量的三分之一。从兰州站到海水站，n a c i 相无机碳在 咸淡水混合带站( 低盐度区) 增大，可能是由于水体中过饱和的溶解无机碳发生 沉淀作用引起的。其它各形态无机碳含量也发生变化，可能有新源输入或发生相 闯转移，颗粒物粒径的变化可能也是影响各相态无机碳变化的因素。黄河口沉积 物中各形态无机碳的变化规律与悬浮物基本一致，表明黄河水体悬浮物在向海洋 输送过程中，二者粒径随输运距离的变化是同步的，同时也表明黄河是渤海水体 中悬浮颗粒物及沉积物的主要贡献者。 四黄河口入海无机碳通量 2 0 0 3 年8 月份河道站入海d i c 通量为1 8 2 0 0 t c ，p i c 通量为5 2 0 0 t c ；2 0 0 3 年9 月河道站入海d i c 通量为1 3 6 0 0 0 t c ，悬浮物中p i c 通量为6 5 7 0 0 0 t c 。2 0 0 4 年9 月份河道站d i c 通量为5 4 0 0 0 t c ，悬浮物中弱结合态无机碳为3 9 6 t c ，氨水 相无机碳为2 6 0 8 t c ，n a o h 相无机碳为5 2 6 0 t c ，羟氨相无机碳为2 6 5 2 t c ，盐酸 相无机碳为9 0 8 4 t c 。弱结合态的n a c i 相是d i c 总量的o 7 3 ，不足以引起d i c 浓度的变化，2 0 0 4 年9 月黄河口溶解无机碳应呈现良好的保守行为。黄河在2 0 0 3 年8 月和2 0 0 4 年9 月低流量下d i c 、p i c 的通量都小于黄河入海无机碳通量的 胃际平均值，但在2 0 0 3 年9 嗣大流量下d i c 、p 比的通重都高于黄河入海无机 碳通量的月际平均值。黄海入海无机碳的月季变化较大，在相同的季节，引起颗 粒无机碳入海通量变化的主要原因是黄河的水流量和携沙能力。在低流量下黄 河入海无机碳中以溶解无机碳占优势。 关键词：黄河口溶解无机碳颗粒无机碳各相态无机碳无机碳通量 i v 黄河口无机碳的时空分布及其输运通量 t e m p o r a ia n ds p a t i a id i s i ri b u t i o no fi n o r g a n i cc a r b o n a n dit sin flu e n c ea s p e c t sinh u a n g h ee s t u a r y a b s t r a c t t h et a s kr o o t si n9 7 3 “c a r b o nf l u xr e s e a r c ho fc h i n e s e t y p i c a l e s t u a r i e s ”t h et h e s i sb a s e so nt h ea d v a n c e dm e t h o d so fi n c o u n t r ya n d o v e r s e a si n r e s e a r c h i n g t h ed i s s o l v e d i n o r g a n i cc a r b o n ，p a r t i c u l a t e i n o r g a n i cc a r b o n i nm i x i n gz o n e w ea d o p t e dt h em e t h o do f o b s e r v i n g c o n s e c u t i v e l yb yu s i n gt e ns h i p s ，a n dd e s c r i b e dt h et s s ，d i c ，p i c o f h u a n g h ee s t u a r yw a t e ri na u g u s ta n ds e p t e m b e r ，2 0 0 3 ，a n dd e s c r i b e dt h e p i c o fs u r f a c ed e p o s i tm a t t e ri ns e p t e m b e r ，2 0 0 3m e t i c u l o u s l y w e d e t e r m i n e dt h e i n o r g a n i cc a r b o no fd i f f e r e n tt y p ei ns u r f a c ed e p o s i t m a t t e ro fr i v e r w a yz o n e ，m i x i n gz o n ea n ds e a w a t e rz o n ei na u g u s t ，2 0 0 3 w ea l s oa n a l y z e dt h e i n o r g a n i cc a r b o no fd i f f e r e n tt y p ei ns u s p e n d e d m a t t e ro fl a n z h o u ，h u a y u a n k o u ，r i v e r w a yz o n e ，m i x i n gz o n e ，a n ds e a w a t e r z o n e w ef i n a l l ya c c o u n t e dp r e s u m e d l yt h ei n o r g a n i cc a r b o nf l u xo fa u g u s t a n ds e p t e m b e r ，2 ( 0 3 ，a n dt h ei n o r g a n i cc a r b o nf l u xo fd i f f e r e n tt y p ei n r i v e r w a y ，s e p t e m b e r ，2 0 0 4 。t h em a i nr e s u l t sa r ef o l l o w i n g ： 1 ，t h ed i s t r i b u t i o no fi n o r g a n i cc a r b o ni nl t u a n g h ee s t u a r y ，a u g u s t ，2 0 0 3 t h ed is t r i b u t i o no fd i ca n dp i c o fs u r f a c es e a w a t e ri nh u a n g h ee s t u a r y a r ec o n t r o l l e db yh u a n g h ew a t e r ，w h i c ha r eh i g hi ne s t u a r ya n di o wi n s e a w a t e r t h es e a c o a s tt i d eo fn o r t hb o h a ig u l fw h i c ht a k e sp l e n t i f u lo f s a n d o fh u a n g h ed e l t ai n b r e a k st h eh u a n g h e e s t u a r y ，w h i c hc a u s e st h e c o n t e n to ft s s 、d i co fn o r t hw a t e ra r e ah i g h e rt h a ns o u t hw a t e ra r e ao f h u a n g h ee s t u a r y b u tt h ec o n t e n to fp i co fs o u t hw a t e ra r e aish i g h e rt h a n n o r t hw a t e ra r e ao fh u a n g h ee s t u a r y ，w h i c hi sc a u s e db yt h ed i l u t e dw a t e r o fh u a n g h er i v e rf u l lo fp i c t h ed i a l yc h a n g eo fd i ca n dp i ci ns u r f a c e s e a w a t e rs h o ws i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sd u et ot h et i d e t h ed i 】u t ef r o m v 黄河2 无机碳的盯仝分辅及其辁迂：堕量 h u a n g h ee s t u a r y ，w h i c h f l o wt ot h en o r t h ，t h ec o n c e n t r a t i o no ft s s s i g n i f i c a n t y i n c r e a s e sw i t hhjg ht i d e ，p i c d e c r e a s e s a n dp 0 c 9 6 i n c r e a s e s ( t h i si st h eh i g h e s tv a l u eo fp o c i nt h er e s e a r c ha r e a ) t h e s e r e s u l t s m a y b e a t t r i b u t e dt ot h e p a r t i c u l a t eo r g a n i c c a r b o nf r o m b i o l o g i c a la c t iv i t y t h ec h a r a c t e ro fo t h e rs t a t i o aw a t e ri ss t a b l e ，t h e d a i l yc h a n g eo fd i c i ss t a b l ei nt h e s es t a t i o n ，i tc a nr e f l e c tt h e c h a r a c t e ro fb i o l o g i c a la c t i v i t yf r o ms e a w a t e rz o n e t h ed a il yc h a n g eo f p i c i sn o tc o n s i s t a n tw i t ht h ed a i l yc h a n g eo ft s s ，i tm a y b ec o n c l u d e t h a tt h ed i s t r i b u t i o no ft s sc a n tc o m p l e t e l yr e f l e c tt h et r a n s p o r t i o n o fp a r t i c u l a t ei n o r g a n i cc a r b o n 2 t h ed i s t r i b u t i n go fd i ci nh u a n g h ee s t u a r yi ns e p t e m b e r ，2 0 0 3 t h en o r t ha r e ao fh u a n g h ee s t u a r yi sb l o c k e do u tb ya l o n g s h o r ew a t e r w h i c hs a l i n i t yi sa b o u t3 0i ns e p t e m b e r ，2 0 0 3 ，a n do n l yh a sac h a n n e lo f l o ws a l i n i t yp o i n t i n gt o t h el a i z h o ug u l fi ns o u t ho ft h ee s t u a r y s o t h ed i l u t e dw a t e ro fh u a n g h er i v e r c a n te x t e n dt o t h en o r t ho ft h e e s t u a r y t h eu n i t a r y c u r r e n to f t h ed i s t r i b u t i n g o ft s si s b o t t e m m i d d l e l e v e r s u r f a c el a y e ri ns e p t e m b e r ，2 0 0 3 f r o m e s t u a r y t os e a ， t h ed i s t r i b u t i n g o fp i c s h o w so b v i o u sc u r r e n t o ft h ed e c r e a s i n gi n s e p t e m b e r ，2 0 0 3 ，a n di ti sh i g hi nw e s ta n ds o u t h ，l o wi ne a s ta n d n o r t h i ti so b y i o u st h a tt h ey e l l o wr i v e rw a t e rf r o mt h eh a r b o re n t r a n c ef l o w s t ot h el a i z h o ug u l f t h es t a t i o nw h i c h t s si st h eh i g h e s t ，b u tp i c i s n t h i g h e s t t h et s sc o n c e n t r a t i o nc h a n g e sr a p i d l y i ns o u t ho ft h eh u a n g h e r i v e r ，b u tt h ec h a n g eg r a d so fp i c i sn o t t o o f r o me s t u a r yt os e a ，t h e d i s t r i b u t i n go fd i ci n s u r f a c e 、m i d d l e l e v e ra n db o t t o mw a t e rs h o w t h e c u r r e n to fd e c r e a s i n g b u tt h ec h a n g er u l eo f d i ci ns u r f a c e 、m i d d l e l e v e r a n db o t t o 邢l a y e r si nd i f f e r e n ta r e a a r e n tc o n s i s t e n t ，w h i c hs h o wt h e d i v e r s i t ? o fd i cs o u r c ei ne s t u a r y p i c o fd e p o s i tt a k e s o nt h ec u r r e n t o fb i g g e ri ns o u t ha n dw e s tt h a n i ne a s ta n dn o r t hi ns e p t e m b e r ，2 0 0 3 v 1 黄河口无机碳的时空分布及其输运通量 t h ea r e aw h i c hp i c o fd e p o s i th i g h e rt h a n1 i sv e r yw i d ei ns o u t ho f t h ee s t u a r y i ti sc a u s e db yt h ec a r b o n a t ed e p o s i t i n gi nt h i sa r e a p i e isv e r yl o wo u t s i d e1 2 0 。e ，w h i c hi so n l ya b o u t0 5 5 3 t h eb e h a v i o rc h a r a c t e ro fd if f e r e n tp h a s eo fp i ci ny e i l o wr i v e ra n d i t se s t u a r y i nl a n z h o us t a t i o nw h i c hi st h em a i ns t r e a mo fy e l l o wr i v e r ，t h e c o n c e n t r a t i o no fc a l c i t ei n t h e s u s p e n d e d m a t t e ri s1 0 w ，b u tt h e c o n c e n t r a t i o no fc a l c i t ei sv e r yh i g hi nh u a y u a n k o u ，i tc a ns i g n i f i c a n t l y s h o wt h ec h a r a c t e ro fl o e s sa n t i p l a n o t h ec o n c e n t r a t i o no fc a l c i t ei n t h er i v e r w a yo fy e l l o wr i v e re s t u a r yi ss t i l lv e r yh i g h t h em i x i n ga r e a o ff r e s hs e aw a t e ri ny e l l o wr i v e re s t u a r y ，b o t hc o n t e n td fh c ip h a s ea n d n a o hp h a s ei ns u s p e n d e dm a t t e ra b o u ta c c o u n tt oi 3 t h ep i c o fh c ip h a s e i ns u s p e n d e dm a t t e ro fs e a w a t e ri st h eh i g h e s t ，i ta c c o u n t st o1 3 f r o m l a n z h o us t a t i o nt os e a w a t e r ，t h ec o n t e n to fn a c lp h a s ei nm i x i n gz o n eo f f r e s h s e aw a t e ri si n c r e a s i n g ，d u et ot h ed e p o s i t i o no fo v e r s a t u r a t e d d i ci nt h er i v e r t h ec o n c e n t r a t i o no fo t h e rp h a s eo fp i ca l s ov a r yb e c a u s e o fh a v i n go t h e rn e ws o u e e s t h ec h a n g eo fg r a i ns i z ei sp e r h a p saf a c t o r o fp h a s et r a n s f o r m a t i o no fp i c t h ec h a n g eo fp i ci ns e d i m e n to ft h ey e l l o w r i v e re s t u a r yi sc o n s i s t e n tw i t ht h es u s p e n d e dm a t t e r ，i tc a ns u g g e s tt h a t t h eg r a i ns i z ev a r yc o n s i s t e n t l yw i t ht h ed i s t a n c eo ft r a n s p o r t i o n 4 t h ei n o r g a n i cc a r b o nf l u xe n t e r i n gi n t oh u a n g h ee s t u a r y t h ed i cf l u xi s1 8 2 0 0t ca n dt h ep i cf l u x i s5 2 0 0t ci nr i v e r w a yi n a u g u s t ，2 0 0 3 t h ed l cf l u xi s1 3 6 0 0 0t ca n dt h ep i cf l u xi s6 5 7 0 0 0t ci n r i v e r w a y i ns e p t e m b e r ，2 0 0 3 t h ed i cf l u xi s5 4 0 0 0t c n a c lp h a s eo fi c o fs u s p e n d e dm a t t e ri s3 9 6t c n h 3 h 2 0p h a s eo fi ci s2 6 0 8t c ，n a o hp h a s e o fi ci s5 2 6 0t c 。n t 。o h h c i p h a s eo fi c i s2 6 5 2t c h e lp h a s eo fi c i s 9 0 8 4t c n a c lp h a s eo f i cc o n t e nl s0 7 3 o ft o t a lo i c ，i tc a n tc a u s e v 黄河口无机碳的时空分布爰其输运通量 t h ec h a n g eo ft h ed i c sc o n c e n t r a t i o n d i ci ny e l l o wr i v e re s t u a r yt a k e s o nac o n s e r v a t i v eb e h a v i o ri ns e p t e m b e r ，2 0 0 4 t h ef l u xo fd i ca n dp i c i na u g u s t ，2 0 0 3a n ds e p t e m b e r ，2 0 0 4a r e1 e s st h a nt h em o n t h l ya v e r a g ei c f l u xi ny e l l o wr i v e re s t u a r y t h em o n t h l yv a r i a t i o no fi ci ny e l l o wr i v e r e s t u a r yi sv e r yb i g i nt h es a m es e a s o n ，t h em a i nf a c t o r sw h i c hc a na f f e c t t h ef l u xo fi ca r et h ef l o w a n dt h ee r o d a t i o n i n1 0 wf l o w ，d i ci s d o m i n a t i n gi n t h ei cg r o s so ft h ey e l l o wr i v e re s t u a r y k e y w o r d s ：h u a n g h ee s t u a r y ；d i s s o l v e d i n o r g a n i cc a r b o n ；p a r t i c u l a t e i n o r g a n i oc a r b o n ：d i f f e r e n t p h a s eo f i n o r k a n i c c a r b o n ； i n o r g a n i oc a r b o nf i u x v 1 1 1 黄河口无机碳的时空分布及其输运通量 引言 碳是最重要的生源要素，是承载生命活动能流、物流中最主要的元素，几乎 所有的生物地球化学循环过程都与它有关，因而有关碳循环的研究是目前全球 变化研究中的热点，例如全球海洋通量联合研究( j g o f s ) ，全球生态动力学 ( g l o b e c ) 以及上层海洋与底层大气研究计划( s o l a s ) 等许多国际研究计 划均以此为核心研究内容。 河流碳通量是构成全球碳循环的一个重要环节( m e y b e c k m ，1 9 8 2 ) ，它连接 海洋和陆地生态系统，尤其是连接近海陆架沉积体系与土壤圈，是海洋和陆地间 相互作用的一个方面。每年全球河流输送海洋的总碳量约为1 p g ，其中约6 0 为 无机碳，这大致相当于全球陆地生态系统的1 5 - 3 ( m e y b e c k m ，1 9 8 2 ) 。许多 大河三角洲和近岸带已成为重要的碳埋藏区，屡管如此，人们对陆源无机碳经河 口搬运至外海的过程以及后期变化了解极为有限。陆源无机碳在到达海洋前，河 口区是其必经之路，河流输出的无机碳的性质及其通量都会反映出流域自然环境 在各个时间尺度的波动，但河口区复杂的水动力过程和生物地球化学过程却使陆 地生态系统的侵蚀信号在河口区变得模糊。因此，要认识陆源无机碳对海洋生态 系统的影响，把握陆海间相互作用的过程，必须加强河流搬运的无机碳在河口区 的迁移转化行为的研究。 、-1 黄河是我国的第二大河，每年向陆架边缘海输送1 6 7 1 0 6 t 溶解无机碳， 1 5 1 0 6 t 颗粒无机碳( c a u w e t ，1 9 9 3 ) ，黄河的水量季节变化眈较大，水沙时空 分部不均匀，不同季节输入至河口的无机碳的数量及来源差别很大。在淡咸水混 合过程中，水文、化学要素发生变化，泥沙的絮凝沉积、再悬浮等对黄河输送的 无机碳的空间分部会产生重要影响。为了研究淡咸水混合区无机碳的迁移和形态 转化行为，以及悬浮物、沉积物中不同相态无机碳，我们在2 0 0 3 年8 月采用十 条船对黄河口进行了同步连续2 4 小时观测，0 3 年9 月采用三条船分别沿三个断 面进行同步观测。 由于个人能力和学识水平的限制，对问题的理解和认识还较肤浅，尚有许多 不足之处，诚恳地期待诸位老师和专家给予批评和指正! 黄河 ：_ 】无机碟的时空分布及其输运通量 第一章文献综述 1 1 河口无机碳的研究现状及意义 碳是最重要的生源要素，是承载生命活动能流、物流中最主要的元素，几乎 所有的生物地球化学循环过程都与它有关，因而有关碳循环的研究是目前全球变 化研究中的热点，例如全球海洋通量联合研究( j g o f s ) ，全球生态动力学 ( g l o b e c ) 以及上层海洋与底层大气研究计划( s o l a s ) 等许多国际研究计 划均以此为核心研究内容。 河流碳通量是构成全球碳循环的一个重要环节( m e y b e c km ，1 9 8 2 ) ，它连接 海洋和陆地生态系统，尤其是连接近海陆架沉积体系与土壤圈，是海洋和陆地间 相互作用的一个方面。每年全球河流输送海洋的总碳量约为1 p g ，其中约6 q 为 无机碳，这大致相当于全球陆地生态系统的1 5 - 3 ( m e y b e c k m ，1 9 8 2 ) 。河流 碳通量较之全球碳循环的其他环节虽然很小，但却与“大气海洋”闻的净碳通 量( s a r m i e n t oj l ，1 9 9 2 ) 、人类每年使用化学燃料形成的碳通量，以及森林火灾形 成的碳通量( r o t t yr ，1 9 8 3 ) 处在一个数量级上。流域侵蚀环境的波动会在河流 碳通量上得到反映。另外，随着人类活动对陆地生态系统影响程度的加深，以及 化石燃料的广泛应用，每年向大气排放6 0 多亿吨碳( h o u g h t o n e ta 1 ，2 0 0 1 ；n o b l e ， 2 0 0 1 ) ，大量的人为c 0 2 被排入大气，使大气中的c 0 2 浓度持续增加，另一方面， 海洋每年大约可从大气吸收人类排放c 0 2 的1 1 3 ，近2 0 x 1 0 8tc ( b a t t l ee ta t ， 2 0 0 0 ；b e n d e r , 1 9 9 6 ；c a l d e i r a & d u f f - y , 2 0 0 0 ) ，作为整个地球圈层大系统的一部 分的地表淡水系统也在不断对大气中的c 0 2 产生影响，深入研究河流碳通量是 进一步了解“c 0 2 未知汇”的途径之一。 对海洋碳循环研究来说，河流不仅直接输入碳源，而且淡水携带的大量营养 盐和微量元素，极大地提高了陆架海区的海洋生产力，增加浮游生物的固碳能力， 正因为此，河口成为许多海洋化学家感兴趣的研究区域( b u r t o n ， 1 9 8 3 ；b u r t o n ，1 9 7 6 ；t r o u p ，b n ，1 9 7 5 ；w a n g ，c s ，1 9 8 3 ) ，它对陆地输入到海洋的物质 起选择性的“过滤”或“缓冲”作用。大量泥沙的输入，在盐淡水混合过程中， 随着水文、化学要素的不断变化，沉积、絮凝、再悬浮等对海洋碳循环过程产生 黄河| 二j 无棍碳的耐空井布及其输运适量 影响。因此研究河口区盐淡水混合过程中碳的形态转化机制，对于理解河口区碳 的生物地球化学行为，认识河口区碳的迁移和形态转化过程，推动生态系统碳循 环研究具有重要意义。 1 1 1 河口无机碳的形态和来源 河口的碳主要由无机碳和有机穆两部分构成。存每年经陆地侵蚀由河流输入 海洋的i g t 碳量中，约6 0 为无机碳，4 0 为有机碳，主要包括4 种赋存形态， 颗粒无机碳( p i c ) 、溶解无机碳( d i c ) 、颗粒有机碳( p o c ) 、溶解有机碳( d 0 c ) 。 气体c 0 2 溶解于水生成的h c 0 3 一、c 0 3 2 - 以及溶解态的c 0 2 是构成河水中溶解无 机碳( d i c ) 的主要成分，陆地基岩的化学风化也消耗大气和土壤空气中的c c h ， 并生成h c 0 3 离子( s u c h e t ，1 9 9 5 ) ，这是促使颗粒无机碳向溶解无机碳转化的 重要作用，当硅酸盐岩发生风化时，全部的h c 0 3 均来自与大气和土壤空气中的 c 0 2 ，硅酸盐岩只起到一个“耗碳介质”韵作用，以钠长石为例，其化学方程式 表述为： 2 n a a l s i s o s + 2c 0 2 + 3 h 2 0 = a 1 2 s i 2 0 5 ( o h ) 4 + 2 n a + 眨h c 0 3 。+ 4 s i 0 2 当碳酸盐岩发生风化时，所生成的h c 0 3 离子一半来自于大气和土壤空气中 的c 0 2 ，另一半来自于碳酸盐矿物： c a c 0 3 + c 0 2 + h 2 0 = c 扩+ 2 h c 0 3 。 表1 1典型的风化反应 一同成分溶解反应 m 9 2 s i 0 4 ( s ) “h 2 c 0 3 = 2 m 9 2 + + 4 h c 0 3 一+ h 4 s i 0 4 c a c 0 3 ( s 卜h 2 0 = c a 2 + + h c 0 3 一+ o h - 二异成分溶解反应 m g c 0 3 ( 9 + 2 h 2 0 = h c 0 3 + m g ( o h ) 2 ( s ) + h + c a a l 2 s i 2 0 8 ( s ) + 2 h 2 c 0 3 + h 2 0 = c a 2 + + 2 h c 0 3 + a h s i 2 0 s ( o h ) 4 ( s ) 显然，碳酸盐和其它无机盐类等在风化过程中的行为主要是在c 0 2 、h 2 0 友 h 3 0 + 的作用下的溶解过程，其风化是融词性的，溶液( 产物) 与反应物之闯的 黄河口无机碳的时空分布及其输运通量 阴阳离子浓度基本符合化学计量关系和质量平衡。 河口颗粒无机碳主要来源于河口外源碳酸盐和自生碳酸盐。外源碳酸盐是指 由河口流域母岩风化产生、由地表径流搬运至河口水体的碳酸盐，河口自生碳酸 盐包括河口无机化学沉淀产生的碳酸盐和生物壳体碳酸盐、以及少量沉积物埋藏 后早期成岩作用产生的碳酸盐。地表径流通过冲刷、侵蚀等作用使陆地上的碳酸 盐岩发生岩溶作用，并经过河口进入到海洋中，河流输入的碳酸盐主要有起补充 海洋中不断沉积的碳酸盐，维持海洋碳通量平衡的作用；目前对河流携带的未溶 解碳酸盐矿物( p i c ) 的研究较为薄弱。 水体悬浮物或沉积物中的碳酸盐矿物来源比较复杂，可形成多种矿物，主要 有方解石、文石、白铅矿、角铅矿、菱锌矿、菱镁矿、菱锰矿、菱钴矿等。这些 矿物的粒度很小，而且p i c 可以以单矿物或类质同像的形态存在，也可以以被包 裹或被吸附的形式存在，这使得常规操作很难获得这些单矿物，只能研究不同粒 级下总碳酸盐的含量( i - l e l m k e , 2 0 0 1 ) ，由于不同形态的p i c 在悬浮物中的化学结 合强度有很大差异，这样就可以用不同强度的浸取裁把它们提取出来。研究表明 ( 李学刚，2 0 0 3 ) 这些矿物在不同p h 值介质中的溶解能力不同，菱钴矿、菱锌 矿等溶于氨水，白铅矿、角铅矿可溶于n a o h ，方解石、文石则主要溶于酸。这就 可以根据碳酸盐矿物的这些特征，分别采用中性溶剂、弱碱、强碱、弱酸和强酸 浸取悬浮物或沉积物，以获得不同化学结合强度的不同形态的无机碳，从而为进 一步研究沉积物中无机碳在海洋碳循环中的行为奠定基础。 1 1 2 影响河口无机碳分布的因素 由于咸淡水团的混合以及潮位、径流量、风、科氏力等因子对河口环流具有 重要的影响，加上地形和岸线的变化，这些因子使得河口成为独特的系统。环流 动力和咸淡水混合导致盐度梯度分布大和盐水入侵，这是河口的重要特征，盐度 的变化将导致水体中d i c 浓度、p i c 、p h 、碱度等参数发生变化。许多河口如 哥伦比亚河( b o y l e e ta l1 9 7 4 ) 、切萨皮克湾( c a r p e n t e r e ta l1 9 7 5 ) 、北海( h o p p e m a 1 9 9 0 ) 及密西西比河( w e i j u nc a i2 0 0 3 ) 等的溶解无机碳被认为具有保守行为。 但是也有一些河口d i c 具有非保守行为，如在高度混浊的e m s 和g i r o n d e 河口， 最大混浊带内碳酸钙的溶解( d ej o n g e v i l l e r i u s ，1 9 8 9 ，a b r i le ta 1 ，1 9 9 9 ) 使d i c 增加，造成d i c 的不保守行为。列于黄河口，gc a u w e t ( 1 9 9 3 ) 提到d i c 在低 黄河l 无机碳的时空分布及其输运通量 盐度时呈现出不保守性，可能是由于方解石的沉淀造成的。一般情况下影响溶解 无机碳的因素有两个：一是生物因素：二是物理化学因素，包括温度变化、水体 蒸发浓缩、c 0 2 的溶解与释放等( 陈敬安，2 0 0 2 ) 。 ( 1 ) 生物因素：藻类在光合作用过程中吸收c 0 2 ，导致水体p h 升高 r 浓度减小，离子活度积l a p 增大，从而可导致水体对碳酸钙过饱和条件的形成， 并发生碳酸钙沉淀。简言之，水生植物光合作用吸收二氧化碳，导致碳酸钙沉淀 的产生，附着在藻类细胞外壳周围的碳酸钙沉淀为碳酸钙的生物成因提供了直接 证据。 ( 2 ) 物理化学因素：影响河口碳酸钙沉淀的物理化学因素包括温度变化、 水体蒸发浓缩、c 0 2 的溶解与释放等。其中，温度变化起着最为重要的作用，主 要表现在如下几个方面：a ：温度升高，碳酸钙溶解度和溶解平衡常数减小，水体 过掘和系数增大，碳酸钙易于沉淀。b 温暖年份河口热分层出现较早而持续时间 较长、藻类通过光合作用从河口表层水体吸收c 0 2 的时间和强度增大，有利于 过饱和条件的形成；c 温暖年份，河口浮游微型生物数量增加，它们方面可直 接形成河口对碳酸钙过饱和的局部微环境，另一方面还可作为碳酸钙沉淀的结晶 核促使碳酸钙快速沉淀：d 湖水温度升高，c 0 2 在水体中的溶解度减小，并以气 体形式从水体中逸出，从而易于导致过饱和条件的形成。e 高温期河口蒸发作用 增强，水体c a 2 + ，c 0 3 2 和h c 0 3 。浓度随河口水蒸发浓缩而增大，有利于过饱和 条件的形成。 1 1 3 沉积榴中无机碳的分布特点 对河口碳形态的研究目前大多集中于碳的空间分布，其中沉积物中无机碳的 含量在河口及陆架边缘海区变化很大，例如b a b u 等( 1 9 9 9 ) 研究了印度西海岸 表层沉积物中碳的分布，无机碳含量在o 5 1 1 1 1 1 之间，t h a m b a n 等( 1 9 9 7 ) 研究了a r a b i a n 海东部边缘沉积物中的无机碳( 碳酸盐) ，c a c 0 3 含量变化较大， 在7 1 6 7 6 之间；而受人类活动影响小的外海区沉积物中的无机碳含量变化较 小，例如h u l t h 等( 1 9 9 6 ) 调查了北冰洋沉积物及其间隙水中碳的分布，沉积物 中无机碳的浓度为1 3 - 2 8 ( 平均1 9 ) ，最高浓度出现在较浅的站位，较低的 浓度分布于较深的站位。p a l a n q u e s 等( 2 0 0 2 ) 研究发现极地海洋中底部沉积物 中碳酸钙含量在0 - 0 8 6 之间，平均值为0 5 1 ，c a c 0 3 向下逐渐减小，直至为 黄河口无机碳的时空分布及其输运通量 o ，表现为c a c 0 3 在深层沉积物中不断溶解，说明碳酸盐贝壳被埋藏后发生溶解。 i s l a 等( 2 0 0 2 ) 研究了高生产力海域碳的埋藏，发现在g e r l a n c h e 海峡表层沉积 物中c a c 0 3 含量变化较大，一般在o 0 0 3 0 7 之问，最浅的站位c a c 0 3 含量最 高。 1 1 。4 河口无机碳通量的研究 全球大规模的河流碳通量研究始于1 9 8 0 年由s c o p e u n e p 发起的一项名为 “全球主要河流碳和矿物输移”研究计划的实施，这项计划已取得丰硕的成果。 河流不同形态的无机碳通量主要用以下方法计算： f d i c = c d i c ( s = 0 ) q 2 4 3 6 0 0 ( w e i - j u nc a i ，2 0 0 3 ) f p l c ：_ p i c 平均t s s 平均q 总 影响河流d i c 通量的主要因子有降水量、气温、河网密度以及流域内碳酸 盐的裸露程度。不同河流中无机碳各形态的输送比例有很大差异，在有些河流， p i c 会占碳通量的很大份额，高全洲( 1 9 9 8 ) 通过研究指出，黄河水体中p i c 占 总碳通量的7 1 4 ，在总悬移物中约占1 7 ，认为随河流浑浊度增加，p i c 在总 碳通量中所占的比例也明显增加。 1 2 河口的主要生物地球化学现象 河口处于海洋和陆地的交界处，由于河口特殊的地理位置和水文条件，产生 着比海洋更为剧烈的物理、化学和生物作用。由此所出现的吸附、絮凝和沉淀将 导致化学物质在该区的大量沉积，因而研究河口水体和沉积物的化学成分及微量 元素的分布规律，可以了解该区域化学物质的迁移、沉积机制和环境污染状况( 张 经，1 9 9 6 ) 。 1 2 1 河口的水动力条件 萨莫依诺夫将河口划分为：河流进口段，河流河口段，口外海滨段( 萨莫依 诺夫，1 9 5 8 ) 。p i l c h a r d ( p r i c h a r d ，1 9 6 7 ) 提出：“河口是一个和广阔海洋自由相 通的半封闭的海岸水体，海水在一定程度上为陆地排出的淡水冲淡”。k j e r f v e ， m a g i l ( k j e r f v eb ，1 9 8 9 ) 表征河口是全新世海平面上升时海水入侵形成的溺谷。 d a l r y m p l ( d a l r y m p l erw , 1 9 9 2 ) 从沉积地层的角度出发，在研究河口相模式中 认为，“溺谷的向海部分来源于河流和海洋的沉积物，沉积相受潮流和河流水过 黄河口无机磺的盯仝付币及其输堰通量 程的影响，河口的范围向陆延伸到潮汐相的边缘，向海则是海岸相的边缘。” 河口包括单向流体( 淡水输入) 和双向流体( 潮汐作用) 水动力条件潮流作为 河口的重要作用营力，对河口沉积和地貌产生深刻的影响。潮流是主导潮流沉积 的第一要素，当潮流流速大于1 5 3 m s 时，潮流侵蚀作用是主要的，当潮流流速 在0 5 卜1 5 3 m s 时，沉积作用是主要的( 刘振夏等，1 9 9 8 ) 。 河口水流流速在潮汐的作用下做由d , 至t j 大再减小的周期性运动，当流速增大 到足以超过沉积的颗粒无机碳的抗剪切力而启动时，淤积在床上的颗粒无机碳就 有可能进入水体，再次处于悬浮状态，使水体颗粒无机碳含量增加。由于涨、落 急时水流速度强劲，淤积在床面上的颗粒无机碳受到冲刷而悬入水中，使颗粒无 机碳含量增高。因此，在盐、淡水交汇地带，当盐、淡水处于高度混合时，一个 潮周期可能是沉积物发生2 次再悬浮(