極地海域硝酸鹽的氮、氧同位素組成.pdf

1、本研究?jī)?yōu)化了測(cè)定海水硝酸鹽氮、氧同位素組成的化學(xué)轉(zhuǎn)化法，并將其運(yùn)用于中國(guó)第五次北極科學(xué)考察期間于白令海和楚科奇海，以及中國(guó)第29次南極科學(xué)考察期間于南大洋普里茲灣及其鄰近海域采集的硝酸鹽氮、氧同位素樣品的測(cè)定，揭示出南極普里茲灣及其鄰近海域、白令海、楚科奇海NO3--δ15N、-δ18O的空間分布特征及其影響因素，同時(shí)利用NO3--δ15N、-δ18O值與[NO3-]的關(guān)系計(jì)算出上層海洋浮游植物同化吸收硝酸鹽導(dǎo)致的氮、氧同位素分餾系數(shù)，

2、獲得了以下主要認(rèn)識(shí):
　　經(jīng)一系列的方法學(xué)摸索，確定了測(cè)定海水硝酸鹽氮、氧同位素組成的化學(xué)轉(zhuǎn)化法的主要流程為:25cm3天然海水樣品用100mg MgO調(diào)節(jié)pH后，直接加入0.8g新鮮制備的泡沫Cd，在200轉(zhuǎn)/min的條件下振蕩24h，NO2的產(chǎn)率可達(dá)98-101％。添加0.8cm3的疊氮化鈉(2mol/dm3)與醋酸(20％ v/v)配比為2∶1的緩沖溶液于10cm3樣品中，保證疊氮反應(yīng)的pH條件最佳。此外，對(duì)富集、純化N2O

3、氣體所需的裝置進(jìn)行了摸索和改造，建立了一套用于吹掃、富集、純化液體中N2O氣體的低溫冷凍富集裝置，并通過(guò)GasbenchⅡ?qū)崿F(xiàn)了與同位素比值質(zhì)譜的聯(lián)機(jī)及自動(dòng)分析。經(jīng)過(guò)一系列平行測(cè)試，得到N2O-δ15N、N2O-δ18O的分析標(biāo)準(zhǔn)偏差分別好于0.32‰和0.29‰，峰面積相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5％，具有很好的分析精度。通過(guò)對(duì)硝酸鹽氮、氧同位素標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的多次重復(fù)性測(cè)定，證明所用流程可獲得極好的線性關(guān)系，且標(biāo)準(zhǔn)工作曲線十分穩(wěn)定，重現(xiàn)性很好，完

4、全滿(mǎn)足天然海水硝酸鹽氮、氧同位素組成的分析。
　　普里茲灣及其鄰近海域不同水團(tuán)硝酸鹽的氮、氧同位素組成特征有所不同，灣外CDW的NO3--δ15N、-δ18O值分別為5-5.5‰和～2‰;灣內(nèi)陸架水的NO3--δ15N、-δ18O值分別為5-8‰和2-6‰;普里茲灣冬季水(50-100m)的NO3--δ15N、-δ18O值分別～7‰和～3‰;上層水體（50m以淺）的NO3--δ15N、δ18O值分別7-10‰和3-5‰。普里茲灣及

5、其鄰近海域表層NO3--δ15N值在灣內(nèi)東南沿岸海域最高(～10‰)，陸坡區(qū)表層及灣外75°E北部海域最低(～6‰)。NO3--δ18O值的空間分布與NO3--δ15N值十分類(lèi)似，灣內(nèi)東南沿岸高達(dá)～6‰，而灣外75°E北部海域低至～2.5‰。NO3--δ15N和δ18O的斷面分布主要表現(xiàn)出兩個(gè)特征:(1)灣內(nèi)陸架區(qū)要高于陸坡及灣外;(2)上層水體要高于中深層水體。NO3--δ15N、-δ18O值與營(yíng)養(yǎng)鹽的空間變化趨勢(shì)大體呈鏡像的對(duì)稱(chēng)關(guān)系

6、，反映出生物吸收是導(dǎo)致普里茲灣及其鄰近海域上層海洋硝酸鹽氮、氧同位素組成變化的主控因素。由Rayleigh模型計(jì)算出普里茲灣及其鄰近海域所有站位的15ε和18ε分別為5.4‰和5.3‰。若將Rayleigh模型分別應(yīng)用于研究區(qū)域的灣內(nèi)、陸坡和灣外，可獲得灣內(nèi)區(qū)域的15ε和18ε分別為2.6‰和2.9‰，陸坡區(qū)的15ε和18ε分別為4.9‰和4.9‰，灣外區(qū)域的15ε和18ε分別為12.9‰和4.9‰。15ε表現(xiàn)出由灣內(nèi)向陸坡直至灣外增加

7、的趨勢(shì)，而灣外的18ε也高于灣內(nèi)，反映出浮游植物生長(zhǎng)速率可能是影響15ε、18ε空間變化的重要因素之一，該因素在以往的研究中卻被忽略了。
　　白令海海盆區(qū)500m以深水體的NO3--δ15N值和NO3--δ18O值分別穩(wěn)定在～6‰和2-4‰，自次表層朝著表層方向，NO3--δ15N值和NO3--δ18O值逐漸增大，其中白令海陸坡表層水體的NO3--δ15N、-δ18O出現(xiàn)最大值，分別為～14‰和～12‰。NO3--δ15N值、NO

8、3--δ18O值與硝酸鹽濃度之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。基于Rayleigh模型計(jì)算出白令海海盆區(qū)的15ε和18ε分別為4.3‰和4.6‰。
　　白令海陸架區(qū)NO3--δ15N值和NO;-δ18O值的變化較大，分別為5-14‰和1-12‰。外陸架區(qū)的NO3--δ15N、-δ18O值的變化主要受控于生物同化吸收作用，但近底層水體可能同時(shí)受到硝化作用和反硝化作用的影響，其中硝化作用可能相對(duì)更為重要。中陸架和內(nèi)陸架區(qū)NO3--δ15N、-δ18O

9、值的變化可能主要不是受到生物同化作用的影響，而主要受控于不同水團(tuán)及其物理混合過(guò)程，個(gè)別站位如BN08站近底層水則同時(shí)受控于反硝化作用的影響。
　　楚科奇海陸架區(qū)NO3--δ15N值為6-18‰，平均為11.3‰; NO3--δ18O值的變化范圍更大，為2-15‰。對(duì)R01站、R03站和R05站采自不同時(shí)間的樣品進(jìn)行的研究表明，7月份的NO3--δ15N值（平均為13.1‰）要明顯高于9月份(平均為9.6‰)，這種時(shí)間差異性可歸因子