论文摘要
基于234Th/238U不平衡法,本论文主要研究南海北部颗粒有机碳（POC）输出通量及其季节变化。南海为陆架边缘海,物理-生物地球化学过程的时空变化剧烈,需要高时空分辨率的234Th分布来估算POC输出通量,本研究采用改进的小体积二氧化锰测定234Th的方法,所需的海水体积由传统方法的20 L缩减至2—4 L,前处理流程亦大大简化,籍此我们进行了南海北部春、夏、秋、冬四个季节（2004—2005年）高空间分辨率的234Th调查,并参考了南海南部春季的结果。本论文亦分析了南海北部四个季节（2000—2004年）的POC分布特征。本研究首先评估234Th示踪颗粒输出通量的方法,这包括不同采样方法（CTD瓶采与大体积泵采）对POC和颗粒态234Th结果的影响、POC/234Th随颗粒物粒径变化的主要原因。比较CTD瓶采与大体积泵采得到的POC,发现过滤过程中溶解有机碳（DOC）的吸附会引起瓶采POC高于泵采结果,溶解态234Th的吸附同样会造成瓶采颗粒态234Th高于泵采结果,而通过增大采样体积可减少吸附效应。大体积泵收集的分粒径颗粒物样品（1—10μm,10—53μm,＞53μm）的结果显示,POC/234Th随粒径的变化出现多种变化趋势,并无规律可循。比较三个粒径的POC/234Th和POC/228Th比值,发现POC的优先矿化和234Th衰变的共同作用是引起POC/234Th比值随粒径出现多变趋势的主要原因。南海北部234Th垂向分布的季节变化明显。冬季234Th在表层出现明显亏损,其活度随深度增加而增加,在真光层底部与238U趋近平衡;其它三个季节则多为层化结构,即表层与真光层底部234Th与238U处于或者接近平衡,次表层出现不平衡程度极大值,表现出寡营养盐海区的特征。水平方向上,234Th活度从陆架向海盆出现增加趋势,不平衡程度减弱,即颗粒物清除程度随离岸距离增加而减小。通过分析2000—2004年南海北部陆架区的POC分布,发现POC浓度随离岸距离增加而减少,在近岸,POC受到珠江冲淡水的影响。在依据盐度判定的冲淡水影响范围（离岸50 km）内,POC浓度的季节变化与珠江径流量季节变化一致,即夏季＞春季、秋季＞冬季。南海POC的垂直分布呈现表层高,底层低的一般规律,但陆架区部分站位出现底部浓度剧增的现象,主要与底部再悬浮有关。而在陆坡区,POC浓度在200 m与400—500 m附近出现明显增加,可能与南海颗粒物的沿陆坡搬运或水平运移有关。本研究采用了三维模型估算234Th输出通量。结果表明垂直输送过程对234Th通量的影响可以忽略不计;在大部分站位,水平输送过程的影响仅占234Th通量的10%以内,但在一些特殊物理水文条件下,如锋面,水平过程的影响可达30—40%。因此在陆架边缘海应用234Th/238U不平衡法估算POC输出通量,进行高时空分辨率的234Th采样是非常有必要的。需要说明的是,由于船时及调查条件的限制,本论文采用悬浮颗粒物上的POC/234Th比值计算POC输出通量,相当于POC输出通量的上限值。在2004—2005年四个季节调查期间,南海北部陆架区POC输出通量季节变化不明显,变化范围为8.0—11.3 mmol C m-2d-1。陆坡及海盆区POC输出通量则季节变化明显,冬季表现为高输出特征,输出通量平均为9.0±6.4 mmol C m-2d-1,其余三个季节POC输出通量在3—5 mmol Cm-2d-1之间变化;POC输出通量的季节变化与由季风驱动的初级生产力季节变化一致,同时也与浮游植物群落结构季节变化（冬季以微型浮游植物为主,其余季节以微微型浮游植物为主）相对应,三者的耦合表明季风是驱动南海北部POC输出通量季节变化的主要原因,即在冬季混合作用加强使得下层营养盐进入上层海洋,促进初级生产力增加和浮游植物群落结构改变,进而增加POC输出通量。南海北部的ThE(234Th法得到的POC输出通量/初级生产力比值)在4—68%之间变化,大部分落在10—50%之间,平均为24%,其生物泵效率高于寡营养盐海区（＜10%）。简化的箱式模型计算结果显示,春季南海北部DOC向下扩散通量平均为0.91 mmolC m-2d-1,占POC输出通量的～30%,如果仅考虑POC输出通量,南海生物泵效率可能被低估。综合分析南海与其它不同纬度陆架边缘海的生物泵效率（ThE）,发现ThE均出现显著季节变化,高输出通量季节的ThE是其他季节的2—3倍。若ThE的季节变化为陆架边缘海基本特征,假设高输出通量季节的ThE是其他季节的3倍,则全球陆架边缘海的POC输出通量约占到全球海洋输出通量的～30%。因此,在全球输出通量估算中不能忽略陆架边缘海的贡献,而且进行陆架边缘海的输出通量研究时必须考虑其季节性变化,若仅以单一季节的POC输出通量外推全年的输出通量,可能低估陆架边缘海的贡献。