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  • ISSN 1007-6336
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南极普里兹湾沉积物重金属分布特征

李春雷 李云海 李国刚 王亮

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南极普里兹湾沉积物重金属分布特征

    作者简介: 李春雷(1982-),河南南阳人,博士研究生,主要研究方向为海洋资源与权益等,E-mail:thunder2016@sina.com;
  • 基金项目: 极地考察业务化与科研项目(JDKC05);南极重点海域对气候变化的响应和影响项目(JD06)
  • 中图分类号: P736

Distribution of heavy metals in sediments of Prydz Bay, Antarctica

  • 摘要: 普里兹湾是南极科学考察和海洋环境研究的重点区域之一。本文对中国第29次南极科学考察在普里兹湾及其周边海域获取的3 个短柱样品进行了粒度、210Pb、常量和微量地球化学元素等测试分析,探讨了沉积物中重金属元素的分布特征及其控制因素。结果表明:普里兹湾及周边海域沉积物沉积速率为0.05~0.18 cm/a,沉积物中重金属元素含量等垂向变化不明显,研究海域近百年来沉积物中主要重金属元素的来源无大变化。沉积物中重金属元素与多种物源指标的相关性显示其主要来源于南极大陆陆源物质的输入。样品粒度分布显示了其具有典型的冰筏沉积的特征。研究结果是普里兹湾环境基线的重要组成,为我国南极海洋科考提供了不可或缺的基础数据。
  • 图 1  普里兹湾研究区站位

    Figure 1.  Map of sampling locations in Prydz Bay

    图 2  沉积物短柱样组分、210Pb活度、平均粒径、分选系数、有机碳、TiO2和重金属含量分布

    Figure 2.  Distributions of the content of grain size, 210Pb, average grain size, sorting coefficient, organic carbon, TiO2 and heavy metals in the sediment samples

    图 3  ANT29-P5-12站沉积物粒度分布

    Figure 3.  Distributions of grain size in the sediment of core ANT29-P5-12

    图 4  沉积物中平均粒径有机碳含量及TiO2相关关系

    Figure 4.  Correlation diagram of average grain size, content of organic carbon and TiO2 in the sediment samples

    表 1  沉积物各参数统计

    Table 1.  Statistical table of sediment parameters of the sediment samples

    站位水深/
    m
    沉积速率/
    cm·a−1
    平均粒径/
    φ
    分选
    系数
    有机碳/
    (%)
    TiO2/
    (%)
    Zn/
    10−6
    Ni/
    10−6
    Cu/
    10−6
    Cd/
    10−6
    Pb/
    10−6
    Cr/
    10−6
    ANT29-P3-05最小值23620.055.411.170.040.4828.628.9912.440.0824.4039.30
    最大值6.031.570.140.61172.1721.1030.720.1326.8064.33
    平均值5.721.370.100.5657.7414.4818.970.1025.7751.98
    ANT29-P5-12最小值6670.183.781.201.120.1543.9917.2626.850.056.4725.16
    最大值5.862.491.290.28169.2224.6932.990.299.6745.48
    平均值5.431.461.190.2683.9419.4430.140.167.5840.50
    ANT29-P5-10最小值4890.185.431.250.980.3196.7721.6229.450.068.0050.57
    最大值5.881.521.140.36124.4429.2339.750.3211.6262.13
    平均值5.751.391.070.33105.1624.6033.140.159.3557.27
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    表 2  沉积物中各参数相关系数

    Table 2.  Pearson’s correlation coefficients for sediment parameters of the sediment samples

    平均粒径分选系数有机碳TiO2ZnNiCuCdPbCr
    ANT29-P3-05,N=20
    平均粒径1
    分选系数0.640**1
    有机碳0.2750.2871
    TiO20.1240.2640.2091
    Zn0.043−0.1780.158−0.0021
    Ni0.2970.2730.528*0.858**0.2231
    Cu0.3460.2650.560*0.734**0.3080.938**1
    Cd0.083−0.023−0.065−0.2130.566**−0.116−0.0671
    Pb0.0780.0160.3380.3770.1960.466*0.3820.1271
    Cr0.2740.3110.462*0.890**0.270.976**0.902**−0.0670.4241
    ANT29-P5-12,N=22
    平均粒径1
    分选系数−0.890**1
    有机碳−0.2720.3631
    TiO2−0.017−0.03−0.261
    Zn−0.583**0.581**0.3850.3471
    Ni0.055−0.079−0.466*0.573**0.2061
    Cu−0.04−0.007−0.576**0.728**0.2210.837**1
    Cd0.162-0.103−0.634**0.264-0.0840.670**0.715**1
    Pb−0.1250.10.0440.476*0.661**0.685**0.4090.1861
    Cr−0.190.133−0.1480.956**0.496*0.587**0.669**0.1770.580**1
    ANT29-P6-10,N=22
    平均粒径1
    分选系数−0.4021
    有机碳0.303−0.1581
    TiO20.303−0.510*−0.4141
    Zn0.085−0.242−0.3530.618**1
    Ni0.177−0.179-0.3670.479*0.3371
    Cu0.137−0.289−0.0370.3250.3780.814**1
    Cd0.067−0.189−0.448*0.521*0.858**0.468*0.542**1
    Pb0.085−0.289−0.3720.581**0.423*0.899**0.708**0.489*1
    Cr0.172−0.167−0.590**0.847**0.582**0.586**0.3540.538**0.664**1
    注:*在0.05水平(双侧)上显著相关;**在0.01水平(双侧)上显著相关
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-25
  • 录用日期:  2020-05-19
  • 刊出日期:  2021-06-20

南极普里兹湾沉积物重金属分布特征

    作者简介:李春雷(1982-),河南南阳人,博士研究生,主要研究方向为海洋资源与权益等,E-mail:thunder2016@sina.com
  • 1. 中国海洋大学 海洋与大气学院,山东 青岛 266000
  • 2. 自然资源部第三海洋研究所 海洋与海岸地质实验室,福建 厦门 361005
  • 3. 自然资源部北海局 北海海洋工程勘察研究院,山东 青岛 266061
基金项目: 极地考察业务化与科研项目(JDKC05);南极重点海域对气候变化的响应和影响项目(JD06)

摘要: 普里兹湾是南极科学考察和海洋环境研究的重点区域之一。本文对中国第29次南极科学考察在普里兹湾及其周边海域获取的3 个短柱样品进行了粒度、210Pb、常量和微量地球化学元素等测试分析,探讨了沉积物中重金属元素的分布特征及其控制因素。结果表明:普里兹湾及周边海域沉积物沉积速率为0.05~0.18 cm/a,沉积物中重金属元素含量等垂向变化不明显,研究海域近百年来沉积物中主要重金属元素的来源无大变化。沉积物中重金属元素与多种物源指标的相关性显示其主要来源于南极大陆陆源物质的输入。样品粒度分布显示了其具有典型的冰筏沉积的特征。研究结果是普里兹湾环境基线的重要组成,为我国南极海洋科考提供了不可或缺的基础数据。

English Abstract

  • 南极大陆主要被永久冰覆盖,只有约0.18%的面积由裸露地面和岩石组成[1]。虽然外围的绕极大气环流和洋流作为天然屏障将南极洲从低纬度的污染物输入中隔离出来[2],但是南极也并非完全没有污染。研究表明,重金属、农药和其他持久性有机污染物(POPs)等可通过长距离的大气传输从南半球甚至更远的其他大陆输运而来,进而影响到南极环境[3]。另外,南极洲及其周边区域急剧增多的人类活动(如科学考察、旅游、商业捕捞等),也带给南极大量污染物,对环境(包括生态环境等)产生了严重影响[4]。其中,重金属是南极洲及其周边区域主要的无机污染物之一[4]。周边岩石风化、大气远距离传输和人类活动就近输入是沉积物中重金属的主要来源[4]。目前,针对南极重金属含量与分布的研究主要集中在南极大陆土壤、海鸟、植被和海洋生物残留等方面[4-5],对重金属在南极周边海域沉积物中赋存状态和分布的研究相对较少[4, 6]

    普里兹湾位于南大洋的印度洋扇区,是南极洲的第三大海湾[4]图1)。普里兹湾从埃默里冰架向北延伸,其内陆架主要为被四夫人浅滩和弗拉姆浅滩包围的埃默里洼地[7]。普里兹湾陆架环流体系主要由表层封闭的普里兹湾环流和南极沿岸流组成[7]。寒季(3月—11月),普里兹湾完全冰封,冰缘线可到57°S;暖季(12月—次年2月),湾内海冰逐渐消融,冰间湖发育,浮游生物(主要为硅藻等)繁盛[8]。普里兹湾周边沿岸广泛分布太古代至元古代变质岩复合体,出露不同矿物组合的片麻岩[9-10],陆架沉积物主要为湾内硅质生物壳体及冰川携带的陆源碎屑[11-14]。普里兹湾是国际南极物理海洋、海洋地质、海洋地球物理和海洋生态环境调查与研究的重要区域之一,周边建有多国的科学考察站。近30年来,我国科学家在普里兹湾海域陆续开展了动力环境、表层沉积物、悬浮颗粒物以及海洋生态等方面的科学调查与研究,获得了一系列新的认识[15-19]。然而,由于我国南极大洋考察开展相对较晚,关于普里兹湾海洋沉积物中重金属元素分布及其评价的研究相对较少。

    图  1  普里兹湾研究区站位

    Figure 1.  Map of sampling locations in Prydz Bay

    本文基于第29次南极科学考察中获得的3个沉积物多管样品,利用210Pb测试计算沉积速率,通过对比沉积物粒度、物质组成、有机碳含量及主要重金属元素的含量,探讨了普里兹湾沉积物中重金属元素的分布特征及其控制因素,为我国南极海洋科考提供基础数据。

    • 本研究所用样品来自中国第29次南极考察期间在普里兹湾及邻近海域用多管取样器(装配长50 cm、内径110 mm的PVC取样管)采集的3个沉积物短柱样品(图1)。

    • 多管取样器回收甲板,在“雪龙船”干湿通用实验室将上覆水(20~30 cm)抽掉后,样品以1 cm间距分样,分样样品在4 ℃地质样品库保存。返回岸基实验室后,沉积物样品分别进行粒度、210Pb活度、有机碳、常量和微量化学元素等测定。样品的采样信息、岩性、主量和微量元素等含量特征及其测试方法见文献[11]。本文仅列出文献[11]未涉及的210Pb活度、有机碳以及元素(重金属)含量的测试方法。

      210Pb测年:称取4.0 g已过筛的沉积物样品于烧杯中,加入已知量的209Po示踪剂和20 mL的浓硝酸并置于电炉上加热至干;加入10 mL浓盐酸,蒸干后冷却;加入20 mL 2 mol/L的盐酸溶液并抽滤;向滤液中加入1 mL 20%盐酸羟胺和1 mL 25%柠檬酸钠,加入氨水调节pH至1.5~2.0;溶液在85 ℃和电磁搅拌条件下自沉积4 h;用7200-8型α能谱仪(Canberra,French)测定210Po活度并计算210Pb的含量。沉积速率采用恒通量-恒沉积速率模式由210Pb活度分布及其半衰期计算获得[20]

      有机碳含量:称取25~30 mg经过酸化除去CaCO3的沉积物样品,用锡杯包样后于元素分析仪-稳定同位素质谱仪联机(Flash EA 1112 HT-Delta V Advantages,Thermo Fisher公司)测定有机碳含量。仪器所用载气为高纯氦(99.999%),载气He流速90 mL/min,反应管温度960 ℃,色谱柱温度50 ℃,分析精度为±0.8‰。

      元素(重金属)含量:称取0.04 g烘干研磨后的样品放入聚四氟乙烯小罐,加入1 mL HF(GR,40%)与3 mL HNO3(GR /Merck),密闭放入高压罐180 ℃消解12 h,取出样品后使用电热板进行赶酸,赶尽HF后加入1 mL HNO3与1 mL超纯水,150 ℃复溶12 h。复溶后的样品加超纯水稀释至40 mL后使用ICP-MS (iCAPQ,Thermo,USA) 进行元素含量测定。测试时,每5个样品取1个平行样,并设置2个空白样与2个标准样品进行质量控制。平行样误差<3%,标准样品测定结果落于标准范围内。

      沉积物210Pb活度和有机碳含量在自然资源部第三海洋研究所测试,元素含量在自然资源部第一海洋研究所测试。选取沉积物中含量相对较高的铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镍(Ni)、镉(Cd)、铬(Cr)等6种重金属元素,结合沉积物的平均粒径、分选系数、有机碳及常量元素(TiO2)的含量探讨重金属元素的分布特征及其影响因素。

    • 利用SPSS软件(19.0版)对测试所获得的平均粒径、分选系数、有机碳含量、TiO2、Zn、Ni、Cu、Cd、Pb和Cr等含量进行相关分析,相关分析采用皮尔逊相关系数和双尾检验。

    • 3个短柱状沉积物的沉积速率、平均粒径、分选系数、有机碳含量及TiO2和6种重金属含量统计数据见表1,垂向分布见图2

      站位水深/
      m
      沉积速率/
      cm·a−1
      平均粒径/
      φ
      分选
      系数
      有机碳/
      (%)
      TiO2/
      (%)
      Zn/
      10−6
      Ni/
      10−6
      Cu/
      10−6
      Cd/
      10−6
      Pb/
      10−6
      Cr/
      10−6
      ANT29-P3-05最小值23620.055.411.170.040.4828.628.9912.440.0824.4039.30
      最大值6.031.570.140.61172.1721.1030.720.1326.8064.33
      平均值5.721.370.100.5657.7414.4818.970.1025.7751.98
      ANT29-P5-12最小值6670.183.781.201.120.1543.9917.2626.850.056.4725.16
      最大值5.862.491.290.28169.2224.6932.990.299.6745.48
      平均值5.431.461.190.2683.9419.4430.140.167.5840.50
      ANT29-P5-10最小值4890.185.431.250.980.3196.7721.6229.450.068.0050.57
      最大值5.881.521.140.36124.4429.2339.750.3211.6262.13
      平均值5.751.391.070.33105.1624.6033.140.159.3557.27

      表 1  沉积物各参数统计

      Table 1.  Statistical table of sediment parameters of the sediment samples

      图  2  沉积物短柱样组分、210Pb活度、平均粒径、分选系数、有机碳、TiO2和重金属含量分布

      Figure 2.  Distributions of the content of grain size, 210Pb, average grain size, sorting coefficient, organic carbon, TiO2 and heavy metals in the sediment samples

    • 210Pb测年获得的3个短柱样中沉积物的210Pb活度分布(沉积速率)差别很大(图2)。普里兹湾内的ANT29-P5-12和ANT29-P6-10站沉积速率均为0.18 cm/a,ANT29-P3-05站沉积速率仅为0.05 cm/a(表1)。3个短柱样沉积速率与周边站位已有的研究结果一致[20]

      沉积速率差异是沉积物供应量差异的直接反映,普里兹湾及其周边海域沉积物主要来源于冰川(包括浮冰和冰山)携带的沿岸入海物质和海洋自生生物体(主要是硅藻)以及少量的大气沉降颗粒物[12-14, 19]。样品沉积物组成及210Pb活度垂向分布显示(图2),ANT29-P5-12站沉积物以粉砂为主,沉积速率相对稳定,在含砂量较高的层位210Pb变化也较大,显示出事件沉积的特征;ANT29-P5-12站沉积物以粉砂为主,210Pb活度呈现两段式分布特征,近表层(0~4 cm)沉积速率相对较高,下层沉积速率变低。ANT29-P5-12和ANT29-P6-10站沉积物组成及沉积速率变化显示为近岸沉积环境,沉积物供应量相对较大,沉积速率相对较高,沉积环境不稳定,沉积物物质组成和210Pb活动变化相对较大;ANT29-P3-05站沉积物沉积速率相对稳定,显示了大洋深水稳定沉积环境,沉积物供应量较少,沉积速率低。

    • 3个短柱样沉积物以粉砂为主,粉砂含量一般大于70%,砂和黏土含量一般小于10%,ANT29-P5-12站沉积物中砂含量相对较高,在短柱中出现3个砂含量相对高的层位,最高含量大于40 %(图2)。3个短柱样品沉积物的平均粒径(φ值)分别为5.41~6.03 φ(ANT29-P3-05),3.78~5.86 φ(ANT29-P5-12)和5.43~5.88 φ(ANT29-P6-10)(表1)。在垂向上(图2),3个站位沉积物平均粒径变化不大,在5.7 φ左右波动变化。在ANT29-P5-12站位表层(1 cm左右)、9 cm和15 cm处,沉积物中砂含量急剧增加,平均粒径(φ值)也相应地降低;在其他层位,平均粒径也在5.7 φ左右波动。ANT29-P5-12站位沉积物粒度分布曲线显示,除了3个含砂量相对较高的层位外,其他层位为单峰式分布,这代表了沉积物的物质来源单;3个含砂量高的层位呈现双峰分布模式,显示出典型的冰筏碎屑沉积特征(图3)。

      图  3  ANT29-P5-12站沉积物粒度分布

      Figure 3.  Distributions of grain size in the sediment of core ANT29-P5-12

      3个短柱样沉积物的分选系数相对较大,平均值大于1.37(φ值),其中,普里兹湾内ANT29-P5-12站沉积物中砂含量明显增加的层位的分选系数最大大于2.40(φ值)(表1)。在垂向上(图2),除了ANT29-P5-12站砂含量急剧增加的层位外,3个站位沉积物的分选总体变化不大。沉积物的分选系数及其分布表明,3个短柱样沉积物的分选均很差,显示了典型的南极大陆周边受冰筏沉积影响的沉积环境特征[17]

      3个短柱样沉积物中有机碳含量分别为0.04%~0.14%(ANT29-P3-05)、1.12%~1.29%(ANT29-P5-12)和0.98%~1.14%(ANT29-P6-10)(表1),普里兹湾内的两个站位沉积物中有机碳含量差别不大,比湾外洋盆站位沉积物中的含量高10倍左右。在垂向上(图2),3个短柱样沉积物中有机碳含量基本呈现由上到下略微降低的趋势,其中,在湾外洋盆ANT29-P3-05站沉积物中降低趋势最明显,在湾内两个站位中变化幅度相对较小。

    • 3个短柱样沉积物中不同地球化学元素的含量差别较大,相同地球化学元素在不同短柱样沉积物中的含量差别也较大(表1图2),沉积物中地球化学元素含量与已报道的周边表层沉积物中的含量基本一致[12-13]

      普里兹湾内的ANT29-P5-12和ANT29-P6-10站所处海洋、地理环境类似。受其影响,沉积物中各元素的含量和分布特征也类似(图2),在垂向上,除Cd元素外,其他几种元素在短柱中相对稳定。Cd元素含量相对较低,在两个短柱沉积物中均呈现由下向上逐渐波动降低的趋势。湾外洋盆中的ANT29-P3-05站沉积物中TiO2、Ni和Cu元素含量呈现由下向上先增加(在8 cm左右达到最大)之后又逐渐降低的趋势。Pb、Zn和Cd等3种元素在短柱沉积物中的含量相对稳定,由下到上变化不大。

    • 影响沉积物元素含量分布的因素主要包括物质来源和颗粒物沉积过程中的海洋动力环境(沉积分异)等。

      沉积物的物质来源及其供应量是元素含量分布的控制因素[12-13]。南极周边海域沉积物主要包括南极大陆陆源输入组分、海洋生物生源组分及其他来源物质(大气沉降等)[12-13, 19]。沉积物中有机碳含量是生源物质的示踪指标,沉积物中的TiO2是陆源铝硅酸盐碎屑风化的产物,其在风化过程中不易迁移的特点使之成为陆源物质的良好示踪指标之一[13]。通过对比这些示踪指标之间及其与其他元素的相关关系可以定性分析不同组分的物质来源及其沉积过程等。

      ANT29-P3-05站位,陆源物质供应量少,水体中初级生产力低,相应的沉积物总体供应量少,沉积速率低,沉积物中代表陆源的TiO2含量与代表生源的有机碳含量之间无明显相关性(图4a)。在垂向上,沉积物中的有机碳含量由上到下呈现逐渐降低的趋势(图2),这种分布体现了沉积物中有机质在低沉积速率环境下逐渐降解的特征;有机碳与TiO2含量在垂向上的波动变化可能与百年尺度全球气候变化有关,比如ENSO事件导致海洋环境变化引起的海洋初级生产力显著增加以及入海冰山的漂移路径和距离等。ANT29-P5-12和ANT29-P6-10站所处海洋、地理环境类似,两站沉积物中不同元素含量、分布也类似(表1图2),陆源供应相对较高,水体中初级生产力也较高,相应的沉积物总体供应量相对较高,沉积速率相对较高,沉积物的TiO2含量与有机碳含量呈现显著的负相关性,呈现出此消彼长的状态(图4a)。在垂向上,沉积物中的TiO2含量基本稳定,有机碳含量由下到上呈现略微增加的趋势,显示出两站位因靠近南极大陆,有稳定的物质输入。其中,生源物质主要来自暖季浮冰消融后的生物爆发;陆源物质主要来自陆地冰川携带入海及大气沉降等[12-13, 18]

      图  4  沉积物中平均粒径有机碳含量及TiO2相关关系

      Figure 4.  Correlation diagram of average grain size, content of organic carbon and TiO2 in the sediment samples

      沉积物的粒度变化也与其物质来源和颗粒物沉积过程中的海洋动力环境(特别是水动力环境)等有关[17]。以冰筏沉积为代表的沉积过程是南极周边海域海洋沉积的典型特征。大陆冰川入海、冰山(浮冰)携带后沉积的沉积物遍布南大洋,这些沉积物大都粗细混杂,分选差[17]。3个短柱样沉积物中砂含量一般为5%~15%,且沉积物的分选系数均大于1,属于分选差到分选极差的范围,砂含量较高的层位粒度呈现双峰式分布(图2图3),这些都是典型的冰筏沉积的特点。另外,不管是代表陆源物质的TiO2还是代表生源物质的有机碳的含量与沉积物的平均粒径均不相关(图4b图4c),这也是沉积过程中无明显分选、混杂沉积(冰筏沉积)的指示。

    • 3个短柱样沉积物中各参数之间相关系数见表2。6种重金属元素之间基本呈显著正相关性(除了ANT29-P3-05和ANT29-P5-122站沉积物中的Zn和Cd元素以及ANT29-P6-10站沉积物中的Cu元素外),这与其在短柱样沉积物中的垂向分布变化特征基本类似。相关性较差的Zn、Cd和Cu元素在短柱样沉积物垂向上的个别层位分布变化与其他元素略有差异,可能是导致其相关性较差的主要原因。沉积物中6种重金属元素含量的相似分布特征以及重金属元素含量之间显著的正相关性显示了这些元素的同源性。

      平均粒径分选系数有机碳TiO2ZnNiCuCdPbCr
      ANT29-P3-05,N=20
      平均粒径1
      分选系数0.640**1
      有机碳0.2750.2871
      TiO20.1240.2640.2091
      Zn0.043−0.1780.158−0.0021
      Ni0.2970.2730.528*0.858**0.2231
      Cu0.3460.2650.560*0.734**0.3080.938**1
      Cd0.083−0.023−0.065−0.2130.566**−0.116−0.0671
      Pb0.0780.0160.3380.3770.1960.466*0.3820.1271
      Cr0.2740.3110.462*0.890**0.270.976**0.902**−0.0670.4241
      ANT29-P5-12,N=22
      平均粒径1
      分选系数−0.890**1
      有机碳−0.2720.3631
      TiO2−0.017−0.03−0.261
      Zn−0.583**0.581**0.3850.3471
      Ni0.055−0.079−0.466*0.573**0.2061
      Cu−0.04−0.007−0.576**0.728**0.2210.837**1
      Cd0.162-0.103−0.634**0.264-0.0840.670**0.715**1
      Pb−0.1250.10.0440.476*0.661**0.685**0.4090.1861
      Cr−0.190.133−0.1480.956**0.496*0.587**0.669**0.1770.580**1
      ANT29-P6-10,N=22
      平均粒径1
      分选系数−0.4021
      有机碳0.303−0.1581
      TiO20.303−0.510*−0.4141
      Zn0.085−0.242−0.3530.618**1
      Ni0.177−0.179-0.3670.479*0.3371
      Cu0.137−0.289−0.0370.3250.3780.814**1
      Cd0.067−0.189−0.448*0.521*0.858**0.468*0.542**1
      Pb0.085−0.289−0.3720.581**0.423*0.899**0.708**0.489*1
      Cr0.172−0.167−0.590**0.847**0.582**0.586**0.3540.538**0.664**1
      注:*在0.05水平(双侧)上显著相关;**在0.01水平(双侧)上显著相关

      表 2  沉积物中各参数相关系数

      Table 2.  Pearson’s correlation coefficients for sediment parameters of the sediment samples

      沉积物中6种重金属元素含量与表征陆源物质的TiO2含量之间也呈现显著的正相关性,而与表征生源物质的有机碳含量之间呈不相关或负相关性(表2),这显示沉积物中的重金属元素主要来源于陆源的物质输入。普里兹湾周边缺少裸露的土壤及明显的河流输入,南极大陆岩石风化产物和少量的海洋生物源性沉降是重金属元素的主要来源。普里兹湾已发表的关于表层沉积物中地球化学元素分布特征及其物源指示意义的研究结果也印证了这种关系[12-13]

      另外,3个短柱样沉积物中6种重金属元素的含量与普里兹湾表层沉积物中的含量基本一致[12-13]。根据已有研究结果,普里兹湾表层沉积物中重金属元素的富集系数均小于10,其中,除Pb、Zn和Cd外,一般小于2。这也表明沉积物中重金属元素的富集是由自然过程引起的,未受到周边考察站建设和运维等人为因素的影响[13]。3个短柱样沉积物中重金属元素的垂向分布特征也显示了近百年来沉积物中重金属元素含量变化不大,也进一步证实了该观点。

    • (1)普里兹湾及周边海域沉积物沉积速率为0.05~0.18 cm/a,湾内沉积速率远高于湾外,沉积物中重金属元素含量垂向变化不明显,显示近百年来沉积物中重金属的来源变化不大。

      (2)普里兹湾沉积物中各重金属元素含量差别较大。总体上,各重金属元素含量之间大部分呈显著正相关性,与陆源示踪指标(TiO2)之间也呈显著正相关性,与生源示踪指标(有机碳含量)之间呈不相关或负相关性。沉积物中重金属元素与物源示踪指标的垂向分布特征及相关关系显示,沉积物中的重金属元素主要来源于以南极大陆岩石风化产物为主的陆源物质的输入。

      (3)普里兹湾沉积物中砂含量一般为5%~15%,沉积物的分选系数大于1,砂含量较高的层位粒度呈现双峰式分布,沉积物中各主要组分的含量分布与粒度参数的相关性较差,是典型的冰筏沉积的特点。

      致谢:参加“第29次南极科学考察”的全体船队员在考察期间给予了大力协助;自然资源部第一海洋研究所陈志华研究员,同济大学章陶亮研究生协助进行采样;几位审稿专家和编辑提供的宝贵意见和建议使本文质量得以很大提高,在此表示衷心感谢。

参考文献 (20)

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