東、黃海及桑溝灣海域溶解甲烷的分布、釋放和產(chǎn)生研究.pdf

1、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

2、要價(jià)值。
　　本論文的主要研究區(qū)域?yàn)闁|海、黃海、長江口和桑溝灣海域,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

3、,結(jié)果表明:秋季東、黃海表層海水中平均 CH4濃度為5.00±1.68 nmol·L-1,底層海水中平均 CH4濃度為7.51±2.93 nmol·L-1,底層濃度高于表層,這與沉積物的釋放有關(guān)。受長江沖淡水的影響,秋季東、黃海表底層甲烷濃度自長江口向外海逐漸降低。冬季長江沖淡水流量減小,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±1.69

4、nmol·L-1和5.32±2.25 nmol·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)×109 mol CH4(合0.053-0.093 TgCH4·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)

5、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6.09×108 mol,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)查站位覆蓋了長江內(nèi)河口、外河口及鄰近海域,測定了表、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,夏季長江沖淡水影響范圍較春季更廣,但由于稀釋效應(yīng)夏季長江沖淡水中

6、甲烷濃度低于春季。春、夏季長江口表層甲烷的平均濃度分別為28.33±38.33 nmol·L-1和19.92±19.18 nmol·L-1,甲烷濃度從內(nèi)河口向外海逐漸降低。長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)

7、 W92公式初步估算出長江口及其鄰近海區(qū)年釋放 CH4量約為1.08×109 mol·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

8、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