东、黄海及桑沟湾海域溶解甲烷的分布、释放和产生研究

发布时间：2020-10-24 09:33

　　 甲烷（CH4）是一种影响全球气候变化和大气化学的重要温室气体，近年来由于甲烷源汇的失衡，大气中CH4含量逐渐升高。海洋是大气CH4的自然源，在海洋环境中，海湾区和陆架区由于受到陆源输入和人为活动的影响，CH4释放相对活跃，对大气CH4贡献显著。研究不同海洋环境中溶解CH4的分布及释放的时空特征，定量分析海洋中的各种源汇的相对贡献，探索海洋环境中CH4的主要产生途径，对于深入地认识各种水体中溶解CH4的生物地球化学循环过程有重要价值。 本论文的主要研究区域为东海、黄海、长江口和桑沟湾海域，覆盖了陆架区、河口区及典型养殖区等三种不同的海洋环境，通过8个航次的野外调查，分析了水体中溶解CH4的分布、释放、季节变化及产生机制等，获得的主要成果如下： 1.分别于2011年10月和12月对东海和黄海海域进行了大面调查，分析了溶解CH4的分布规律及影响因素，计算了表层海水中溶解CH4的饱和度和海-气交换通量，并大致估算了该海域CH4年释放总量，结果表明：秋季东、黄海表层海水中平均CH4浓度为5.00±1.68nmol·L-1，底层海水中平均CH4浓度为7.51±2.93nmol·L-1，底层浓度高于表层，这与沉积物的释放有关。受长江冲淡水的影响，秋季东、黄海表底层甲烷浓度自长江口向外海逐渐降低。冬季长江冲淡水流量减小，对东海近岸水体CH4的分布影响减弱，但表层甲烷浓度的高值区仍然出现在长江口；冬季东、黄海表、底层甲烷平均浓度均略低于秋季，分别为4.74±1.69nmol·L-1和5.32±2.25nmol·L-1。秋、冬季东、黄海表层海水中CH4均处于过饱和状态，并且秋季表层CH4饱和度略高于冬季，表明东、黄海海域是大气CH4的净源。初步估算出东、黄海全年甲烷释放总量约为(3.34-5.83)×109mol CH4（合0.053-0.093TgCH4·yr-1）,占全球海洋CH4年释放量的0.52%，高于东、黄海占全球海洋面积比0.32%，因此东、黄海是CH4产生和释放的活跃区域。沉积物-水界面的实验结果表明，每年由沉积物向东、黄海释放的甲烷大约为6.09×108mol，是东、黄海底层海水中溶解甲烷的重要来源。 2.分别于2012年3月和7月对长江口及其邻近海域进行了大面调查，调查站位覆盖了长江内河口、外河口及邻近海域，测定了表、底层海水中溶解甲烷浓度，并对其海-气交换通量进行了估算。结果表明：该海域溶解甲烷的分布受陆源输入影响显著，夏季长江冲淡水影响范围较春季更广，但由于稀释效应夏季长江冲淡水中甲烷浓度低于春季。春、夏季长江口表层甲烷的平均浓度分别为28.33±38.33nmol·L-1和19.92±19.18nmol·L-1，甲烷浓度从内河口向外海逐渐降低。长江口溶解甲烷浓度和饱和度有明显季节变化，其中内河口春季甲烷浓度和饱和度高于夏季，但外河口及邻近海域则相反，这主要是由海水温度和长江冲淡水的季节差异造成的。夏季沉积物的释放对河口区甲烷的贡献较春季更为明显。调查期间该海域溶解甲烷都处于过饱和状态，是大气甲烷的净源；根据W92公式初步估算出长江口及其邻近海区年释放CH4量约为1.08×109mol·yr-1，占全球海洋年释放量的0.10%，远高于其面积比0.02%，因此长江口海域是甲烷产生和释放的活跃海域。 3.分别于2012年6月、9月，2013年4月和7月对桑沟湾海域进行了调查，调查内容包括湾内CH4分布、湾周围河流和地下水中CH4分布，海-气交换通量，沉积物-水界面交换通量及水体甲烷产生，结果表明：桑沟湾海域CH4浓度有明显的季节变化，夏、秋季两季CH4浓度水平相当，高于春季，湾内的贝藻养殖活动是影响其季节变化的重要因素。各航次中表层CH4均处于过饱和状态，表明桑沟湾海区是大气甲烷的净源。桑沟湾周边河流和地下水中的甲烷浓度呈现出明显的季节变化，河流中CH4的浓度远高于地下水。水体培养实验结果表明，受湾内养殖活动的影响湾内水体的产CH4能力明显强于湾外，并且湾内夏季水体产CH4能力强于春季。根据桑沟湾的调查数据并参考文献数据，利用箱式模型大体估算了湾内甲烷的各种源汇贡献，结果表明桑沟湾甲烷最主要的源是桑沟湾水体自身的产生，约占其所有来源的90%以上，而河流和地下水输入及沉积物释放对湾内CH4的贡献较小；桑沟湾海域CH4的主要输出途径是海-气交换。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：P734
【文章目录】：
摘要
Abstract
0. 前言
1. 文献综述
    1.1 海洋环境中甲烷的分布特征及影响因素
    1.2 海洋中甲烷的产生
    1.3 海洋中甲烷的消耗
        1.3.1 甲烷好氧氧化及厌氧氧化
        1.3.2 AOM 近期研究进展
    1.4 海水中甲烷氧化速率与产生速率的测定
        1.4.1 引入抑制剂测定甲烷产生速率
        1.4.2 应用同位素技术测定甲烷氧化速率
    1.5 国内甲烷研究进展
2. 材料与方法
    2.1 海水样品采集方法
    2.2 水样分析方法
    2.3 饱和度和海-气交换通量的估算方法
    2.4 沉积物-水界面交换通量测定方法
3. 秋、冬季东海和黄海海域溶解甲烷的分布与通量
    3.1 研究海域简介
    3.2 调查站位
    3.3 结果与讨论
4分布'>        3.3.1 2011 年 10 月航次东、黄海 CH₄分布
4分布'>        3.3.2 2011 年 12 月航次东、黄海 CH₄分布
4通量'>        3.3.3 东、黄海沉积物-水界面 CH₄通量
4浓度、饱和度及海-气交换通量的季节变化'>        3.3.4 东、黄海溶解 CH₄浓度、饱和度及海-气交换通量的季节变化
    3.4 小结
4. 春、夏季长江口及邻近海域溶解甲烷的分布和通量
    4.1 研究海域简介
    4.2 采样站位
    4.3 结果与讨论
4的分布特征及影响因素'>        4.3.1 春季溶解 CH₄的分布特征及影响因素
4的分布特征及影响因素'>        4.3.2 夏季溶解 CH₄的分布特征及影响因素
4的季节变化特征'>        4.3.3 长江口及邻近海域溶解 CH₄的季节变化特征
4的饱和度和海-气交换通量'>        4.3.4 长江口及邻近海域溶解 CH₄的饱和度和海-气交换通量
    4.4 小结
5. 桑沟湾溶解甲烷的生物地球化学研究
    5.1 研究海域简介
    5.2 调查站位及试验方法
    5.3 结果与讨论
4水平分布及季节变化特征'>        5.3.1 桑沟湾海域溶解 CH₄水平分布及季节变化特征
4分布和季节变化的因素'>        5.3.2 影响桑沟湾海域溶解 CH₄分布和季节变化的因素
4产生研究'>        5.3.3 桑沟湾水体 CH₄产生研究
        5.3.4 桑沟湾海域饱和度及海气交换通量
        5.3.5 桑沟湾溶解甲烷收支初步探讨
    5.4 小结
6. 结论
参考文献
致谢
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本文编号：2854297