東、黃海及桑溝灣海域溶解甲烷的分布、釋放和產(chǎn)生研究

【摘要】：甲烷（CH4）是一種影響全球氣候變化和大氣化學(xué)的重要溫室氣體，近年來由于甲烷源匯的失衡，大氣中CH4含量逐漸升高。海洋是大氣CH4的自然源，在海洋環(huán)境中，海灣區(qū)和陸架區(qū)由于受到陸源輸入和人為活動(dòng)的影響，CH4釋放相對(duì)活躍，對(duì)大氣CH4貢獻(xiàn)顯著。研究不同海洋環(huán)境中溶解CH4的分布及釋放的時(shí)空特征，定量分析海洋中的各種源匯的相對(duì)貢獻(xiàn)，探索海洋環(huán)境中CH4的主要產(chǎn)生途徑，對(duì)于深入地認(rèn)識(shí)各種水體中溶解CH4的生物地球化學(xué)循環(huán)過程有重要價(jià)值。 本論文的主要研究區(qū)域?yàn)闁|海、黃海、長(zhǎng)江口和桑溝灣海域，覆蓋了陸架區(qū)、河口區(qū)及典型養(yǎng)殖區(qū)等三種不同的海洋環(huán)境，通過8個(gè)航次的野外調(diào)查，分析了水體中溶解CH4的分布、釋放、季節(jié)變化及產(chǎn)生機(jī)制等，獲得的主要成果如下： 1.分別于2011年10月和12月對(duì)東海和黃海海域進(jìn)行了大面調(diào)查，分析了溶解CH4的分布規(guī)律及影響因素，計(jì)算了表層海水中溶解CH4的飽和度和海-氣交換通量，并大致估算了該海域CH4年釋放總量，結(jié)果表明：秋季東、黃海表層海水中平均CH4濃度為5.00±1.68nmol·L-1，底層海水中平均CH4濃度為7.51±2.93nmol·L-1，底層濃度高于表層，這與沉積物的釋放有關(guān)。受長(zhǎng)江沖淡水的影響，秋季東、黃海表底層甲烷濃度自長(zhǎng)江口向外海逐漸降低。冬季長(zhǎng)江沖淡水流量減小，對(duì)東海近岸水體CH4的分布影響減弱，但表層甲烷濃度的高值區(qū)仍然出現(xiàn)在長(zhǎng)江口；冬季東、黃海表、底層甲烷平均濃度均略低于秋季，分別為4.74±1.69nmol·L-1和5.32±2.25nmol·L-1。秋、冬季東、黃海表層海水中CH4均處于過飽和狀態(tài)，并且秋季表層CH4飽和度略高于冬季，表明東、黃海海域是大氣CH4的凈源。初步估算出東、黃海全年甲烷釋放總量約為(3.34-5.83)×109mol CH4（合0.053-0.093TgCH4·yr-1）,占全球海洋CH4年釋放量的0.52%，高于東、黃海占全球海洋面積比0.32%，因此東、黃海是CH4產(chǎn)生和釋放的活躍區(qū)域。沉積物-水界面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，每年由沉積物向東、黃海釋放的甲烷大約為6.09×108mol，是東、黃海底層海水中溶解甲烷的重要來源。 2.分別于2012年3月和7月對(duì)長(zhǎng)江口及其鄰近海域進(jìn)行了大面調(diào)查，調(diào)查站位覆蓋了長(zhǎng)江內(nèi)河口、外河口及鄰近海域，測(cè)定了表、底層海水中溶解甲烷濃度，并對(duì)其海-氣交換通量進(jìn)行了估算。結(jié)果表明：該海域溶解甲烷的分布受陸源輸入影響顯著，夏季長(zhǎng)江沖淡水影響范圍較春季更廣，但由于稀釋效應(yīng)夏季長(zhǎng)江沖淡水中甲烷濃度低于春季。春、夏季長(zhǎng)江口表層甲烷的平均濃度分別為28.33±38.33nmol·L-1和19.92±19.18nmol·L-1，甲烷濃度從內(nèi)河口向外海逐漸降低。長(zhǎng)江口溶解甲烷濃度和飽和度有明顯季節(jié)變化，其中內(nèi)河口春季甲烷濃度和飽和度高于夏季，但外河口及鄰近海域則相反，這主要是由海水溫度和長(zhǎng)江沖淡水的季節(jié)差異造成的。夏季沉積物的釋放對(duì)河口區(qū)甲烷的貢獻(xiàn)較春季更為明顯。調(diào)查期間該海域溶解甲烷都處于過飽和狀態(tài)，是大氣甲烷的凈源；根據(jù)W92公式初步估算出長(zhǎng)江口及其鄰近海區(qū)年釋放CH4量約為1.08×109mol·yr-1，占全球海洋年釋放量的0.10%，遠(yuǎn)高于其面積比0.02%，因此長(zhǎng)江口海域是甲烷產(chǎn)生和釋放的活躍海域。 3.分別于2012年6月、9月，2013年4月和7月對(duì)桑溝灣海域進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括灣內(nèi)CH4分布、灣周圍河流和地下水中CH4分布，海-氣交換通量，沉積物-水界面交換通量及水體甲烷產(chǎn)生，結(jié)果表明：桑溝灣海域CH4濃度有明顯的季節(jié)變化，夏、秋季兩季CH4濃度水平相當(dāng)，高于春季，灣內(nèi)的貝藻養(yǎng)殖活動(dòng)是影響其季節(jié)變化的重要因素。各航次中表層CH4均處于過飽和狀態(tài)，表明桑溝灣海區(qū)是大氣甲烷的凈源。桑溝灣周邊河流和地下水中的甲烷濃度呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化，河流中CH4的濃度遠(yuǎn)高于地下水。水體培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，受灣內(nèi)養(yǎng)殖活動(dòng)的影響灣內(nèi)水體的產(chǎn)CH4能力明顯強(qiáng)于灣外，并且灣內(nèi)夏季水體產(chǎn)CH4能力強(qiáng)于春季。根據(jù)桑溝灣的調(diào)查數(shù)據(jù)并參考文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，利用箱式模型大體估算了灣內(nèi)甲烷的各種源匯貢獻(xiàn)，結(jié)果表明桑溝灣甲烷最主要的源是桑溝灣水體自身的產(chǎn)生，約占其所有來源的90%以上，而河流和地下水輸入及沉積物釋放對(duì)灣內(nèi)CH4的貢獻(xiàn)較?。簧蠟澈Ｓ駽H4的主要輸出途徑是海-氣交換。 【關(guān)鍵詞】：甲烷 東海 黃海 桑溝灣 通量 產(chǎn)生
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P734
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 0. 前言12-14
• 1. 文獻(xiàn)綜述14-30
• 1.1 海洋環(huán)境中甲烷的分布特征及影響因素15-17
• 1.2 海洋中甲烷的產(chǎn)生17-21
• 1.3 海洋中甲烷的消耗21-25
• 1.3.1 甲烷好氧氧化及厭氧氧化21-22
• 1.3.2 AOM 近期研究進(jìn)展22-25
• 1.4 海水中甲烷氧化速率與產(chǎn)生速率的測(cè)定25-29
• 1.4.1 引入抑制劑測(cè)定甲烷產(chǎn)生速率25-27
• 1.4.2 應(yīng)用同位素技術(shù)測(cè)定甲烷氧化速率27-29
• 1.5 國(guó)內(nèi)甲烷研究進(jìn)展29-30
• 2. 材料與方法30-33
• 2.1 海水樣品采集方法30
• 2.2 水樣分析方法30-31
• 2.3 飽和度和海-氣交換通量的估算方法31-32
• 2.4 沉積物-水界面交換通量測(cè)定方法32-33
• 3. 秋、冬季東海和黃海海域溶解甲烷的分布與通量33-46
• 3.1 研究海域簡(jiǎn)介33
• 3.2 調(diào)查站位33-34
• 3.3 結(jié)果與討論34-44
• 3.3.1 2011 年 10 月航次東、黃海 CH_4分布34-37
• 3.3.2 2011 年 12 月航次東、黃海 CH_4分布37-40
• 3.3.3 東、黃海沉積物-水界面 CH_4通量40-42
• 3.3.4 東、黃海溶解 CH_4濃度、飽和度及海-氣交換通量的季節(jié)變化42-44
• 3.4 小結(jié)44-46
• 4. 春、夏季長(zhǎng)江口及鄰近海域溶解甲烷的分布和通量46-56
• 4.1 研究海域簡(jiǎn)介46
• 4.2 采樣站位46-47
• 4.3 結(jié)果與討論47-55
• 4.3.1 春季溶解 CH_4的分布特征及影響因素47-49
• 4.3.2 夏季溶解 CH_4的分布特征及影響因素49-51
• 4.3.3 長(zhǎng)江口及鄰近海域溶解 CH_4的季節(jié)變化特征51-53
• 4.3.4 長(zhǎng)江口及鄰近海域溶解 CH_4的飽和度和海-氣交換通量53-55
• 4.4 小結(jié)55-56
• 5. 桑溝灣溶解甲烷的生物地球化學(xué)研究56-76
• 5.1 研究海域簡(jiǎn)介56-58
• 5.2 調(diào)查站位及試驗(yàn)方法58-59
• 5.3 結(jié)果與討論59-74
• 5.3.1 桑溝灣海域溶解 CH_4水平分布及季節(jié)變化特征59-63
• 5.3.2 影響桑溝灣海域溶解 CH_4分布和季節(jié)變化的因素63-65
• 5.3.3 桑溝灣水體 CH_4產(chǎn)生研究65-71
• 5.3.4 桑溝灣海域飽和度及海氣交換通量71
• 5.3.5 桑溝灣溶解甲烷收支初步探討71-74
• 5.4 小結(jié)74-76
• 6. 結(jié)論76-78
• 參考文獻(xiàn)78-92
• 致謝92-93
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷93
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93-94

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