台湾海峡边界清除作用的同位素示踪

边界清除是开阔大洋与边缘海物质交换的关键过程，直接影响颗粒活性元素的生物地球化学循环及部分放射性同位素指标的应用，亦是GEOTRACES计划的核心内容之一。本项目以边界清除通量及其调控机制为切入点，以不同时间尺度过程为突破口，选择台湾海峡为研究区域，研究典型核素（210Po、210Pb、234Th）的大气沉降、水体输出及沉积埋藏通量，揭示典型核素边界清除通量的时空分布格局，探明不同时间尺度上边界清除的特征，定量给出边界清除作用对台湾海峡典型核素的贡献，剖析边界清除作用对放射性同位素指标估算边缘海颗粒物组分输出通量的影响。本研究可望在边界清除通量与机制方面有所突破，为GEOTRACES计划提供中国边缘海边界清除的信息，同时为部分放射性同位素海洋学指标在边缘海的应用模式提供重要的修正参数。

边界清除是影响陆架边缘海颗粒活性放射性核素示踪颗粒动力学的关键过程。课题围绕台湾海峡边界清除问题，从大气、海水和沉积物方面开展了210Pb、210Po和234Th的收支特征及边界清除研究。发现台湾海峡西部大气210Pb和210Po沉降与东亚季风存在密切关系，西南季风期间210Pb和210Po沉降通量较高，而东北季风期间其通量较低，且210Pb和210Po的大气沉降通量存在较大的年际变化。首次建立了大气131I停留时间模型，并由210Po-210Pb模型验证，反映了日本福岛核辐射排放的大气核辐射主要污染两周内其能到达的地区。基于海水210Pb、210Po和234Th的收支特征，揭示了台湾海峡东部为210Pb和210Po的汇区，西南部为210Pb和210Po的源区和234Th的汇区，西北部为210Pb、210Po和234Th的汇区。南海水和西太平洋水是台湾海峡210Pb和210Po最主要来源，而母体238U的现场衰变产生是234Th的最主要来源。台湾海峡存在210Pb的边界清除现象，其边界清除通量为80.2±9.5 dpm m-2 d-1，与东海陆架相当，且台湾海峡向东海输送的210Pb约为东海陆架边界清除210Pb的10倍。没有发现210Po和234Th的边界清除。210Pb、210Po和234Th收支特征及边界清除之间的差异证实：210Pb、210Po和234Th记录了台湾海峡不同时间尺度内的颗粒动力学信息。210Pb和210Po在颗粒物与海水间的固-液分配表明，210Pb和210Po的清除主要受有机质的调控，受无机组分影响很小。因此，210Pb/210Po不平衡法和234Th/238U不平衡法可分别用于示踪台湾海峡年际尺度和季节尺度内颗粒态有机碳、氮等元素的沉积与水平输送通量。