沉积物甲烷厌氧氧化—从珠江河口至南海

【摘要】： 甲烷厌氧氧化作用(AOM)有效阻止海洋沉积物产生的甲烷扩散进入沉积物一水界面，一方面可以调控全球甲烷的收支平衡及缓解因大气甲烷引起的温室效应；另一方面，由于AOM过程中硫酸盐与甲烷共消耗，产生无机碳和挥发性硫，故也对海洋系统碳及硫的生物地球化学循环产生重要的影响。 本文以珠江河口淇澳岛—桂山岛—南海沉积物为研究对象，通过分析沉积物有机质、间隙水甲烷和硫酸盐浓度、pH值和∑CO_2、以及甲烷和∑CO_2的碳同位素组成等在垂直剖面上的变化，证实了沉积物AOM的发生。AOM对间隙水硫酸盐的消耗和∑CO_2产生有重要的贡献作用，运用PROFILE模型计算出QA11-2、QA12-9、QA12-14和GS四个站位AOM过程消耗的硫酸盐占间隙水总硫酸损耗的比例为9.0％、84％、45.5％和92％，而产生的∑CO_2分别占间隙水总无机碳的4.7％、72.4％、29.45％和85.2％。 不同站位沉积物硫酸盐—甲烷界面(SMI)分布深浅存在较大差异，从河口到深海，沉积物SMI埋藏深度逐渐变深。另外，利用放射性~(35)SO_4~(2-)对沉积物硫酸盐还原速率分布及其对温度的变化响应研究表明，有机质含量和温度控制着硫酸盐还原速率的变化。沉积物硫酸盐还原作用理想温度范围为27—39℃，其最大速率值对应的温度为36℃，表明沉积物主要生存有嗜温硫酸盐还原菌，该微生物对环境具有一定的适应性。 【关键词】：间隙水 甲烷厌氧氧化(AOM) 硫酸盐还原 有机质
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（广州地球化学研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：X55
【目录】：

• 中文摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 海洋沉积物甲烷的产生9-11
• 1.2 海洋沉积物甲烷的消耗—甲烷厌氧氧化11-16
• 1.3 本文的研究背景、目的及其研究方法16-19
• 第二章 研究区环境背景19-22
• 第三章 采样及实验方法22-26
• 第一节 试剂及器材22-23
• 第二节 采样方法23-24
• 第三节 分析测定方法24-26
• 3.1 沉积物孔隙度24
• 3.2 沉积物TOC、TN、TS以及有机碳碳同位素(δ~(13)C-SOC)24-25
• 3.3 间隙水甲烷25
• 3.4 间隙水硫酸盐25
• 3.5 间隙水甲烷碳同位素(δ~(13)C-CH_4)以及无机碳碳同位素(δ~(13)C-∑CO_2)25-26
• 第四章 沉积物有机质分布及来源26-43
• 第一节 沉积物有机质分布特征27-32
• 1.1 沉积物TOC、TN垂直剖面分布27-28
• 1.2 沉积物TOC/TN比以及δ~(13)C-SOC垂直剖面分布28-32
• 第二节 沉积物有机质来源分析32-37
• 2.1 沉积物TOC、TN分布的影响因素33-34
• 2.2 沉积物TOC/TN比值、δ~(13)C-SOC分布对有机质来源的指示34-37
• 第三节 沉积物C/S及其地球化学意义初探37-43
• 3.1 沉积物TS以及C/S的垂直剖面分布37-39
• 3.2 C/S比的地球化学意义初探39-43
• 第五章 沉积物甲烷厌氧氧化地球化学证据43-68
• 第一节 间隙水地球化学变化剖面43-56
• 1.1 间隙水甲烷和硫酸盐浓度43-47
• 1.2 间隙是∑CO_2和pH47-50
• 1.3 间隙水甲烷和硫酸盐扩散通量50-52
• 1.4 沉积物AOM作用—间隙水地球化学证据52-56
• 第二节 沉积物间隙水甲烷和二氧化碳稳定碳同位素证据56-61
• 2.1 间隙水δ~(13)C-CH_4和δ~(13)C-∑CO_2组成变化56-59
• 2.2 甲烷厌氧氧化作用的碳同位素证据59-61
• 第三节 沉积物甲烷厌氧氧化作用对间隙水硫酸盐消耗和∑CO_2产生的贡献61-64
• 3.1 甲烷氧化速率和硫酸盐还原速率的计算方法61-62
• 3.2 甲烷氧化速率和硫酸盐还原速率分布62-63
• 3.3 甲烷厌氧氧化作用消耗间隙水硫酸盐及产生∑CO_2的贡献63-64
• 第四节 沉积物甲烷—硫酸盐界面分布深度64-68
• 4.1 沉积物甲烷—硫酸盐界面的分布深度及其控制因素64-66
• 4.2 沉积物甲烷—硫酸盐界面分布特征的地球化学意义66-68
• 第六章 沉积物硫酸盐还原及其对温度变化的响应68-78
• 第一节 沉积物硫酸盐还原速率68-74
• 1.1 硫酸盐还原速率的测定68-70
• 1.2 硫酸盐还原速率的剖面分布70-71
• 1.3 沉积物硫酸盐还原速率大小的影响因素71-73
• 1.4 硫酸盐还原速率分布与甲烷厌氧氧化73-74
• 第二节 硫酸盐还原速率对温度变化的响应74-78
• 2.1 实验方法设计74-75
• 2.2 不同温度下的硫酸盐还原速率75-78
• 第七章 海底系统甲烷—大西洋洋中脊 Logatchev 热液区水柱中甲烷羽流的探测78-85
• 1 结果与讨论79-83
• 2 结论83-85
• 第八章 主要结论及下一步工作建议85-90
• 第一节 主要结论85-87
• 第二节 下一步工作建议87-90
• 参考文献90-101
• 附录:攻读博士期间已发表和待发表论文101-102
• 致谢102-104

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