白令海北部懸浮體含量分布及其顆粒組分特征

趙蒙維，汪衛國，方建勇，吳承強，吳日升，余興光

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白令海北部懸浮體含量分布及其顆粒組分特征

趙蒙維1，2，汪衛國2*，方建勇2，吳承強2，吳日升2，余興光2

(1.中國海洋大學 海洋地球科學學院，山東 青島 266100；2.國家海洋局第三海洋研究所 海洋與海岸地質實驗室，福建 廈門 361005)

摘要：對中國第四次北極科學考察期間在白令海北部獲取的海水樣品進行懸浮體含量及其顆粒組分特征的分析。結果表明，白令海陸架海區懸浮體含量大體呈現出表層濃度低而底層濃度高的特點。表層海水懸浮體含量在白令海峽西側和陸架東側靠近阿拉斯加沿岸含量較高，而底層海水中懸浮體含量則在白令海峽西側，以及白令海陸架西南部的圣馬修島西北側較高。陸架流系對底床物質的再懸浮作用致使白令海懸浮顆粒物濃度的高值區多位于近底層海水中。受白令陸坡流沿陸架坡折帶輸運作用，研究區西南部懸浮體濃度較高。白令海陸架水以及阿納德爾流攜帶懸浮顆粒向北輸運，使得底層懸浮體濃度呈現出自南向北逐漸減弱的模式。圣勞侖斯島以北靠近楚科奇半島一側海域，受高營養鹽的阿納德爾流的影響，懸浮顆粒物以藻類為主；東側阿拉斯加沿岸流區懸浮顆粒則以陸源的碎屑礦物為主。

關鍵詞：白令海；懸浮體； 顆粒組分；物質輸運

1引言

白令海是太平洋沿岸緯度最高的邊緣海，屬現代高生產力海區[1]，北部通過白令海峽與北冰洋相通，南部以阿留申群島與太平洋相隔。白令海的海水通過白令海峽進入北冰洋的楚科奇海，對楚科奇海的生態環境起重要作用，因此白令海在北太平洋和北冰洋之間起到重要的橋梁與紐帶作用[2]。由于其獨特的地理位置，白令海是北半球乃至全球氣候變化過程中的重要一環[3-4]。近年來由于全球氣候變化，北極海域的劇烈變化及反饋調節使這一帶的海洋科考工作日趨活躍。

開展白令海海區懸浮體分布、顆粒組成及其成因的研究，對深遠海沉積過程、污染物輸送、海底物質循環、輸出生產力、生態系統等的研究具有重要科學意義[5—17]。目前有關白令海懸浮體的研究報道，多集中在研究顆粒有機碳輸出或利用放射性方法研究輸出生產力時，對白令海陸架海區懸浮體濃度分布的研究[18—20]，而對整個白令海陸架海區懸浮體顆粒分布和組成的系統研究則鮮有報道。本文對白令海懸浮體顆粒進行了電子探針分析，并結合各調查站位的水文調查資料，對白令海陸架海區懸浮體含量分布、顆粒組分特征及其成因進行了系統研究，以期反映白令海陸架海區現代沉積作用的特點。

2研究區域概況

白令海面積2.29×106km2，是世界第三大邊緣海。白令海東和東北部水深較淺，向西和西南方向水深逐漸加大。白令海北部是一個寬闊的陸架，面積約占白令?？偯娣e的一半，水深小于200 m。在南部分布科曼多爾海盆(Commander Basin)、巴韋爾斯海盆(Bowers Basin)和阿留申海盆(Aleutian Basin)3個海盆[2—4]。匯入白令海的河流主要有3條，分別是發源于阿拉斯加的卡斯科奎姆河(Kuskokwim River)和育空河(Yukon River)，及發源于西伯利亞的阿納德爾河(Anadyr River)。其中，育空河最長，徑流量也最大，年平均流量達5×103m3/s[21—22]。

白令海位于全球深層水環流和東部邊界流的末端。阿留申海流和阿拉斯加沿岸流沿阿留申島弧外側向南西西方向流動，部分阿拉斯加流通過阿留申島弧上眾多通道將太平洋的海水輸送至白令海[21]。白令海的洋流在南部的阿留申海盆區，其表層和深層的洋流均呈逆時針方向。在白令海陸架上，源自阿留申海流和阿拉斯加沿岸流的海水，分東、中、西3部分向北流，繞過圣勞侖斯島后經過白令海峽進入楚科奇海。其中，東側稱為阿拉斯加沿岸流，中部的稱為白令海陸架水，西側的稱為阿納德爾流[23—24](圖1)。白令海與北冰洋相連的通道(白令海峽)較淺，而與太平洋相連的通道(堪查加海峽)較深，因此白令海水團結構主要受太平洋水團的影響[2—4，19—21]。

圖1　白令海北部懸浮體調查站位及洋流分布[24]Fig.1　Sampling locations for suspended particles and currents in the northern Bering Sea[24]ACC：阿拉斯加沿岸流(Alaska Coastal Current)；AS：阿留申海流(Aleutian Stream)；ANSC：阿留申北部陸坡流(Aleutian North Slope Current)；BSC：白令陸坡流(Bering Slope Current)；KC：堪察加流(Kamchatka Current)；AC：阿納德爾流(Anadyr Current)；BSW：白令海陸架水(Bering Shelf Water)；AR：阿納德爾河(Anadyr River)；YR：育空河(Yukon River)；KR：卡斯科奎姆河(Kuskokwim River)

3材料與方法

中國第四次北極科學考察2010年7月14-24日期間，在白令海北部的陸架海區共進行了24個站位的懸浮體調查(圖1)。除個別站位分表、中、底3層采水樣外，絕大部分調查站位，均分為表、底、中間兩層共4個層位采集水樣。

懸浮體調查的海水樣品由SBE 911 plus CTD/采水系統采集，在采集水樣的同時，SBE 911 plus CTD記錄了各層位的熒光強度、溫度和鹽度[25]。熒光強度主要表示海水中活體生物含量的多少，可用來參考活體生物組分對于懸浮體的貢獻，本文熒光強度為實測吸光值并無單位。將采集的不同層位的海水分裝并進行懸浮體抽濾，抽濾的水量用量筒量取，一般為2 000 mL，個別層位為1 300 mL。水樣用事先已經稱量至恒重的濾膜(Millipore醋酸纖維濾膜，孔徑0.45 μm，直徑47 mm)抽濾后，濾膜用蒸餾水洗鹽3次，并放置在-20℃冰箱中冷凍保存。室內用冷凍真空干燥機將濾膜干燥后，用十萬分之一的電子天平稱至恒重。各層位海水懸浮體質量濃度SPM(mg/L)計算如下：

(1)

式中，Mp為濾后膜質量(mg)；Ms為濾前膜質量(mg)；ΔM為空白膜校正值(mg)；V為過濾水樣體積(L)。懸浮體顆粒組分特征分析，是將干燥稱質量后的濾膜，用電子探針對濾膜上的顆粒物進行圖像掃描。所用儀器為日本電子株式會社生產的JXA-8100電子探針，工作時加速電壓15 kV，工作距離11 mm。

4結果與討論

4.1白令海北部懸浮體含量平面分布

白令海陸架海域各調查站位懸浮體含量、溫度、鹽度和熒光數據見表1。由表可知，白令海陸架水域懸浮體含量在0～5.35 mg/L。其中，表層海水的懸浮體含量低于底層海水的懸浮體含量，表層海水中的懸浮體含量在0～2.75 mg/L之間，底層海水中懸浮體含量在0.29～5.35 mg/L之間。表層懸浮體的高值區位于圣勞倫斯島和努尼瓦克島之間的靠近阿拉斯加沿岸的白令海東側陸架上，其含量可達2.75 mg/L；次高值區位于圣勞倫斯島以北白令海峽西側，其含量可達1.5 mg/L；圣勞倫斯島以西海域和研究區的西南海域為表層懸浮體的低值區(圖2a)。底層懸浮體的高值區位于圣勞倫斯島以北的楚科奇半島沿岸，濃度高達5.35 mg/L；次高值區位于研究區西南部的圣馬修島西北側海域，其含量可達3.99 mg/L；底層懸浮體低值區位于圣勞倫斯島西北的阿拉斯加沿岸(圖2b)。

表1　白令海北部懸浮體含量、溫度、鹽度和熒光吸光值數據

續表1站位緯度經度采樣水深/m懸浮體含量/mg·L-1溫度/℃鹽度熒光吸光值180.006.4831.110.56260.710.5432.660.7410NB0962.73°N168.41°W50.054.5032.080.55100.004.4932.080.56200.223.8932.112.08261.561.3232.276.2910NB1163.68°N172.59°W50.098.4830.710.74200.025.3031.290.96300.770.9732.031.23460.700.6232.462.3810NB-A62.83°N171.00°W50.006.6831.570.53200.256.3431.580.53300.531.3332.312.01401.021.3732.322.6010NB1263.94°N172.72°W50.196.9331.610.83180.773.5932.464.46400.981.5633.071.13540.291.5533.081.6610BS0164.34°N171.50°W51.502.2232.930.92201.942.2032.932.50301.632.2132.942.97405.352.2132.942.8310BS0364.26°N170.50°W30.581.0732.110.88101.371.0132.110.84201.360.9132.122.86341.590.9332.132.3610BS0564.33°N169.50°W30.696.4031.764.10100.816.3931.753.72193.402.6632.168.50352.761.3932.252.6710B1460.92°N177.69°W00.007.5230.860.22400.400.9632.123.76751.012.1132.800.061301.812.1132.880.0610B1561.07°N176.37°W00.006.7930.840.42700.001.5532.600.231082.821.6232.620.0810BB0161.29°N177.48°W30.007.4530.870.31360.381.2231.885.11750.051.8832.730.07

圖2　白令海北部海水表層懸浮體(a)和底層懸浮體(b)含量分布Fig.2　Distribution of suspended particles contention in surface (a) and near bottom (b) water column of the northern Bering Sea

4.2白令海北部懸浮體斷面分布

根據白令海陸架懸浮體調查站位位置，形成3條懸浮體斷面(圖1)。其中，斷面1位于白令海陸架西側，呈北東-南西向延伸，自南西向東北，依次為10B14、10BB01、10BB02、10BB04、10BB07、10NB11、10NB12和10BS01共8個站位組成。斷面2位于白令海峽南側，呈東-西向延伸，自西向東依次為10BS01、10BS03、10BS05、10BS07和10BS10共5個站位組成。斷面3位于白令海陸架南部，呈北東-南西方向延伸，斷面自西向東由10B14、10B15、10BB05、10NB01、10NB03、10NB04和10NB05共7個站位組成。

斷面1位于白令海陸架西側，水深自北向南逐漸加深，在水深100 m處的陸架坡折帶水深突然變深(圖3)。斷面1的懸浮體分布呈現垂向上的層化現象，懸浮體含量由表層至底層逐漸增大(圖3)：表層的懸浮體含量除斷面最北部的10BS01站位懸浮體相對較高外，其他站位懸浮體含量極低；斷面西南部陸坡上的10BB01、10BB02站位近底層懸浮體含量較高，并沿陸架向北逐漸降低至圣勞倫斯島西側的10NB11和10NB12站位，而后向北近底層懸浮體含量又升高，從而表現為南、北兩個底層懸浮體高含量區。斷面1的溫度、鹽度分布模式與懸浮體含量分布類似，垂向分層現象明顯(圖3)：海水溫度大體呈現由表層向底層逐漸降低的趨勢，而鹽度則與之相反；在陸坡區域，海水溫度略有回升而鹽度在此區域也較高。斷面1懸浮體濃度、溫度、鹽度，體現了高溫高鹽的白令陸坡流對底層沉積物的再懸浮和向北輸運的過程。斷面1，熒光強度在約40 m水深處表現為高值區，說明該層位生物活動最為活躍。熒光強度高值帶與懸浮體含量高值帶不一致，表明懸浮體高值帶非生物成因。

斷面2位于白令海峽南側，水深大體呈西側深東側淺的特點(圖4)。斷面2的懸浮體分布除表現為底層高于表層外，還有東、西分異的特點：表層懸浮體濃度表現為西高東低，底層含量也表現為類似的趨勢；而斷面2的懸浮體含量最大值位于斷面10BS01站位的底層，處于白令海峽西側的水道，體現了阿納德爾流對底質的再懸浮作用。斷面2的溫度表現為東側高西側低，而鹽度分布則相反；溫度和鹽度在東側垂向分層較明顯，而在西側的垂向混合非常好(圖4)。斷面2中下層海水的熒光強度高于表層，其中在斷面2中部的10BS05站位，20 m水深處的熒光值最高(圖4)，說明水體中浮游生物含量較多。斷面2西側中下層海水中的懸浮體含量和熒光強度均相對較強。在斷面東側的阿拉斯加沿岸區域，阿拉斯加沿岸流受河流影響較大，水體表現為高溫低鹽的特性，并表現出了較低的生產力和低濃度的懸浮體含量。斷面西側則受高鹽的阿納德爾流的影響，中部則受白令海陸架水的影響，這兩個海流均表現出較高營養鹽含量。

斷面3位于白令海陸架南部，水深自東向西逐漸變深，在水深100 m處為陸坡坡折帶(圖5)。斷面3的懸浮體含量垂向分層明顯，表現為由表層到底層逐漸變大；表層懸浮體含量在東側表現為一個高值區域；底層懸浮體含量最大值位于10NB03站位，在陸坡上也表現為一個高值區(圖5)。斷面3的溫度和鹽度在表、中層的垂向分層明顯，而在斷面西部陸坡的底層垂向混合較好(圖5)。斷面3最東側近表層鹽度全剖面最低，應與育空河沖淡水有關。熒光強度的分布與斷面1相似，在40 m水深處形成高值帶，表明該深度生物量最大(圖5)?？偟膩砜?，斷面3的西側主要受高溫高鹽的白令海陸架水影響，而東側則受到育空河沖淡水和阿拉斯基沿岸流的影響。

4.3懸浮體顆粒組分特征

電子探針結果顯示，白令海陸架西南側陸坡坡折帶底層海水中懸浮體顆粒，主要由生物骨骼碎屑組成(圖6a，b)。而在圣勞倫斯島北側靠近楚科奇半島一側海水懸浮體中的顆粒物，含極少量碎屑礦物，主要以藻類為主，如諾氏海鏈藻、旋鏈角毛藻、塔形冠蓋藻等中心綱硅藻屬種含量較高(圖6c，d)。然而斷面2，懸浮體中藻類生物含量自西向東逐漸降低，而碎屑礦物含量相對增加，體現了東西兩側懸浮體顆粒組分以及物質來源的差異。

4.4白令海北部懸浮體的成因分析

斷面1南部和斷面3西側的懸浮體、溫鹽以及熒光強度的分布模式顯示，研究區西南部海域表現為一個懸浮體的高值區。電子探針分析結果表明該海域中、下層懸浮體顆粒中陸源碎屑礦物含量較低，而主要以生物骨骼碎屑為主，根據電子探針下面積百分比可估算其相對含量大于50%，這是因為該海域離陸地較遠，基本不受河流物質輸入的影響。此外，白令陸坡流在該海域附近分支出北東向的阿納德爾流，這個近底層的懸浮體高值區正是由于阿納德爾流的爬升導致的底床沉積物質的再懸浮作用造成的。白令海陸架水自南向北沿陸架爬升并深入陸架內部，隨著動力的減弱近底層懸浮體濃度也逐漸降低。斷面1北部和斷面2西側的懸浮體、溫鹽以及熒光強度的分布模式顯示，該海域懸浮體濃度和熒光強度高值區基

圖3　白令海斷面1懸浮體含量、溫度、鹽度和熒光吸光值分布Fig.3　Variations of suspended particles contention，temperature，salinity and fluorescence absorbance value along section 1 in the Bering Sea

圖4　白令海斷面2懸浮體含量、溫度、鹽度和熒光吸光值分布Fig.4　Variations of suspended particles contention，temperature，salinity and fluorescence absorbance value along section 2 in the Bering Sea

圖5　白令海斷面3懸浮體含量、溫度、鹽度和熒光吸光值分布Fig.5　Variations of suspended particles contention，temperature，salinity and fluorescence absorbance value along section 3 in the Bering Sea

圖6　白令海北部懸浮體電子探針圖像Fig.6　The SEM of typical suspended particles in the northern Bering Seaa. 10B15站，130 m；b. 10BB02站，100 m；c. 10BS11站，17 m；d. 10BS01站，30 m

本一致，表明該海域懸浮體與生物有關，電子探針分析結果也證實該海域懸浮體以硅藻為主，硅藻相對含量大于90%。阿納德爾河輸入陸源營養鹽在阿納德爾流的輸運下，使得斷面1北部和斷面2西側的海域營養鹽含量較高，有利于硅藻的生長。白令海北部的硅藻以中心綱為主(圖6c)與楚科奇海南部的硅藻屬種相似[26—28]，表明楚科奇海南部以硅藻為主的懸浮體受經白令海峽西側流入的、富營養鹽的阿納德爾流的影響。

在白令海的東岸，有發源于阿拉斯加的育空河和卡斯科奎姆河等河流匯入。前人通過Sr、Nd同位素分析[26]，阿拉斯加沿岸流可將育空河和卡斯科奎姆河輸入的陸源沉積物向北輸運，同時受地形和白令海陸架南部向西和西北方向洋流的影響，部分陸源沉積物也可向西搬運。斷面2東側和斷面3東側懸浮體、溫鹽以及熒光強度的分布模式均顯示，受發源自阿拉斯加的河流沖淡水的影響，阿拉斯加沿岸海水表現出高溫低鹽的特征，并且營養鹽的含量也較低。與西側的阿納德爾流和白令陸坡流相比，阿拉斯加沿岸流的懸沙能力相對較低。

斷面2顯示出了東西兩側在懸浮體分布和組成上的差異。斷面西側因距離阿納德爾河較遠，受河流沖淡水的影響較小，海洋生態環境相對穩定，而東側受育空河等大河沖淡水作用較大(如10NB07站位表層鹽度較低)，并且白令海陸架西側阿納德爾流的營養鹽豐富而東側的阿拉斯加沿岸流的營養鹽含量相對匱乏[12—13，30—31]，正是由于斷面東西兩側的這種差異，導致了懸浮顆粒物組成的差異：西側的海洋環境更有利于生物的生長，因此懸浮體中的碎屑顆粒物以藻類生物為主，而東側則以陸源碎屑礦物為主，藻類生物的比例降低。西側的懸浮體更多的反映了陸架外側海洋的信號，而東側受源自阿拉斯加的河流影響較大，懸浮體更多的反映了陸地的信號。綜合來看，自白令海輸運至楚科奇海的物質，主要來自西側的阿納德爾流和白令陸坡流的貢獻。

5結論

通過對中國第四次北極科學考察獲取的白令海懸浮體含量及其顆粒組分特征的研究與分析，得出以下幾點認識：

(1)白令海陸架海區懸浮體含量大體呈現出表層含量低而底層含量高的特點。表層海水懸浮體含量在白令海峽西側，以及陸架東側靠近阿拉斯加沿岸含量較高。底層海水中懸浮體含量則在白令海峽西側的海域，以及白令海陸架西南部的圣馬修島西北側海域較高。

(2)白令海陸架西南部坡折帶底層海水中，懸浮體顆粒主要由生物骨骼碎屑組成。在陸架北部，西側營養鹽豐富，而東側營養鹽匱乏又受河流沖淡水的影響，導致圣勞倫斯島北側靠近楚科奇半島一側的海區懸浮顆粒物以藻類為主，而在東側的阿拉斯加沿岸流區懸浮顆粒則以陸源的碎屑礦物為主。

(3)白令海懸浮顆粒物的分布受物源、洋流和生物等作用的控制。陸架懸浮體濃度的高值區多位于近底層海水中，體現了陸架流系對底床物質的再懸浮作用。在西南部的懸浮體高值區是懸浮體受沿路坡爬升的阿納德爾流的再懸浮作用的表現，而底層懸浮體濃度自南向北逐漸減弱的模式體現了白令海陸架水以及阿納德爾流攜帶懸浮顆粒向北輸運的作用。

致謝:感謝中國第四次北極科學考察隊的全體科考人員，尤其是物理海洋組提供溫度與鹽度資料等。感謝兩位評審人給予的意見和建議。

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收稿日期：2014-10-11；

修訂日期：2015-03-03。

基金項目：中國第四次北極科考項目(CHINARE-2010)；海洋行業公益性項目(201105022-2，201205003)；南北極環境綜合考察與評估專項(CHINARE2014-03-02，CHINARE2014-04-03-03)。

作者簡介：趙蒙維(1987—)，女，新疆庫爾勒市人，博士生，主要從事海洋地質研究。E-mail：yinwei_zhao@163.com *通信作者：汪衛國(1970—)，男，甘肅省甘谷縣人，研究員，主要從事海洋沉積物特征及海洋第四紀地質研究。E-mail：wangweiguo@tio.org.cn

中圖分類號:P734.2+3

文獻標志碼：A

文章編號：0253-4193(2016)01-0082-12

The distribution and composition of suspended particles in the northern Bering Sea

Zhao Mengwei1，2，Wang Weiguo2，Fang Jianyong2，Wu Chengqiang2，Wu Risheng2，Yu Xingguang2

(1.CollegeofMarineGeoscience，OceanUniversityofChina，Qingdao266100，China；2.MarineandCoastalGeologicalLaboratory,ThirdInstituteofOceanography，StateOceanicAdministration，Xiamen361005，China)

Abstract:The concentration and composition of suspended particulate matter (SPM) of the water samples，which were obtained in the northern of Bering Sea during the 4th Chinese Arctic Research Expedition，were measured to understand the distribution and origin of the SPM. The results showed that the concentration of the SPM was higher in the bottom water and lower in the surface. The surface highest SPM regions were in the west of the Bering Strait and the east of Bering Continental Shelf off the Alaska coast，while the bottom highest SPM regions were in the west of Bering Strait and the southwest of Bering Continental Shelf. The resuspension of bottom material by the shelf currents was the main reason of the higher concentration of the SPM in the bottom water. Bering Slope Current and Anadyr Current transported SPM northward，and Bering Slope Current also controlled the concentration of SPM along the shelf break zone. The concentration of SPM in bottom water decreased from south to north gradually. In the northwest of the St. Lawrence Island and off the Chukchi Peninsula，the SPM is mainly composed of diatoms，while in the east part of the Bering Sea where is also controlled by Alaskan Coastal Current the SPM is mainly composed of terrigenous clastic mineral．

Key words:Bering Sea; suspended particles; composition; mass transportation

趙蒙維，汪衛國，方建勇，等. 白令海北部懸浮體含量分布及其顆粒組分特征[J]. 海洋學報，2016，38(1): 82-93，doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2016.01.008

Zhao Mengwei，Wang Weiguo，Fang Jianyong，et al. The distribution and composition of suspended particles in the northern Bering Sea[J]. Haiyang Xuebao，2016，38(1): 82-93，doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2016.01.008