白令海、西北冰洋和北歐海氧化亞氮分布特征及影響因素研究.pdf

1、氧化亞氮(Nitrous oxide，N2O)是大氣中重要的溫室氣體，也是破壞臭氧層的化學(xué)物質(zhì)之一，海洋是大氣中N2O重要源。隨著氣候變暖效應(yīng)的增強(qiáng)，海洋系統(tǒng)發(fā)生一系列變化，如:海表溫度上升、海冰減少、海平面上升以及海洋酸化等現(xiàn)象。北冰洋是地球系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)氣候變化的響應(yīng)和反饋具有放大作用，在北極海域開(kāi)展N2O溫室氣體的研究，可揭示北冰洋在全球N2O循環(huán)過(guò)程中扮演的重要角色。本研究于中國(guó)第五次北極科學(xué)考察期間，利用靜態(tài)頂空分析方

2、法，首次對(duì)白令海、西北冰洋及北歐海N2O的分布特征及影響因素進(jìn)行研究。主要研究結(jié)果如下:
　　1.研究海區(qū)表層海水N2O濃度范圍為9.9-20.2 nmol L-1，飽和度異常值為-16.4-23.2％。N2O濃度隨著緯度的增加而遞增，加拿大海盆＞陸架區(qū)＞阿留申海盆≈格陵蘭海＞挪威海，從飽和度異常值來(lái)看，陸架區(qū)(0.1±11.3％)＞阿留申海盆(-3.7±3.6％)＞北歐海(-5.9±1.4％)＞加拿大海盆(-13.7±1.6％)

3、。陸架區(qū)觀察到區(qū)域性N2O過(guò)飽和現(xiàn)象，主要是陸架水深較淺，沉積物反硝化較強(qiáng)引起的。在白令海的阿留申海盆區(qū)，表層海水N2O飽和度異常值主要受北太平洋水的影響;挪威海表層海水N2O不飽和的主要原因，是北大西洋暖水在向北輸送過(guò)程中，海水散熱的速度快于海-氣交換速度，增加了N2O在海水中的溶解度;加拿大海盆表層水低溫低鹽特征表明，融冰水的稀釋作用是表層海水中N2O不飽和的主要原因;格陵蘭海表層N2O分布，不僅與融冰水有關(guān)，還與海域水體垂向?qū)α鬏^

4、強(qiáng)有關(guān)，其N2O飽和度異常值大于加拿大海盆。
　　2.阿留申海盆N2O濃度隨著深度增加遞增，在500-1000 m處觀測(cè)到N2O極大值（范圍為11.1-46.6 nmol L-1），再逐漸降低，3000m以深N2O濃度趨于穩(wěn)定(22.0 nmol L-1)。在100-150m觀測(cè)到溫度極小值，該層的N2O飽和度異常值與表層水相同，接近零，說(shuō)明溫度是影響N2O濃度差異的主要原因。在150-1000m，分析觀察到△N2O與AOU和△N

5、2O與NO3-之間存在正相關(guān)關(guān)系，推斷硝化過(guò)程可能是阿留申海盆中層水N2O的主要形成機(jī)制。
　　3.白令海陸架區(qū)N2O濃度范圍為10.6-20.3 nmol L-1，飽和度異常值范圍為-16.1-24.2％。陸架區(qū)N2O濃度分布的共同特征為表層低，底層高。底層水高的N2O濃度主要是沉積物中反硝化過(guò)程產(chǎn)生的N2O向上覆水體釋放引起。水文結(jié)構(gòu)的不同會(huì)影響水體中N2O的垂向分布:在外陸架和中陸架，由于水體的層化作用，導(dǎo)致N2O濃度在垂向

6、上的梯度變化;在內(nèi)陸架，主要受融冰水和河流的影響，加上水層淺，N2O垂直分布均勻且濃度較低;在靠近圣勞倫斯島南部附近，受冬季冰間湖的影響，N2O濃度隨著深度的增加逐漸遞增;在圣勞倫斯島北部的附近海域，N2O濃度由西向東逐漸降低，是由于西部受高營(yíng)養(yǎng)鹽的阿納德?tīng)査挠绊?，同時(shí)受上升流的影響，導(dǎo)致西部生物生產(chǎn)力高于東部，有利于N2O的產(chǎn)生。
　　4.對(duì)研究西北冰洋的楚科奇海陸架及其北部海盆中N2O分布特征表明，楚科奇海陸架區(qū)N2O濃度分

7、布與白令海陸架區(qū)相似，即表層低，底層高，陸架區(qū)底層水中N2O濃度范圍為15.6-20.9 nmol L-1，飽和度異常值為1.1-24.3％，均處于過(guò)飽和狀態(tài)，陸架底層水的高N2O值也主要是由于沉積物中反硝化過(guò)程產(chǎn)生的N2O向上覆水體釋放引起。而北部的加拿大海盆上躍層觀測(cè)到N2O高值，（濃度范圍為17.8-19.4 nmol L-1，飽和度異常值為-15.6-3.4％），是陸架含高N2O濃度的底層水北向輸送引起的。
　　5.挪威海

8、、格陵蘭海和加拿大海盆上層水體(0-800 m) N2O濃度分布存在明顯差異。挪威海由于受到北大西洋暖水的影響，N2O濃度隨深度增加而遞增，濃度范圍為9.9-14.9 nmol L-1;格陵蘭海由于是北歐海深層水的源地，上下層垂直對(duì)流，整個(gè)水層N2O濃度分布相似，濃度范圍為14.2-15.2 nmol L-1;加拿大海盆由于受到楚科奇海陸架區(qū)太平洋冬季水的影響，次表層出現(xiàn)溫度極小值，N2O在對(duì)應(yīng)層觀測(cè)到濃度極大值(17.9 nmol L

9、-1)，上層水N2O濃度范圍為13.6-17.9 nmol L-1。
　　6.北歐海中深層水中N2O濃度分布相似，在中層水中，N2O平均濃度為14.7±0.2 nmol L-1，深層水為13.5±0.1 nmol L-1，中層和深層之間濃度差約為1nmol L--1。加拿大海盆中深層水體中N2O分布趨勢(shì)與北歐海相似，濃度由中層水的13.4±0.2 nmol L-1降低至深層水的12.5±0.2 nmol L-1，濃度差也為1nmo

10、l L-1。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)北歐海的深層水體N2O濃度大于加拿大海盆深層水體，濃度差約為～1 nmol L-1，根據(jù)△N2O與NO3-之間的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，生物過(guò)程并非引起濃度差的主要原因，由于北歐海和加拿大海盆中層水和深層水水團(tuán)年齡不同，忽略水團(tuán)在運(yùn)移過(guò)程中生物過(guò)程對(duì)N2O的影響，計(jì)算出北歐海和加拿大海盆之間，以及各海盆中層水和深層水之間N2O理論濃度，濃度差約1 nmol L-1，與實(shí)測(cè)值吻合，北冰洋中深層水N2O濃度隨水團(tuán)年齡變化反映了水