线性层结盐水中的羽流运动特性 被引量：9

1

作者 张巍 赵亮 +3 位作者 贺治国 林挺 谈利明 蒋后硕 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期602-608,共7页

采用线性层结盐水发生装置以及喷嘴向下以重盐水注入盐水层结的方法,模拟线性层结盐水中羽流的发展过程;应用时间分辨粒子图像测速技术(PIV),研究线性层结盐水中羽流内部流场结构。羽流的发展过程可以定性地归纳为3个阶段:入射阶段、中... 采用线性层结盐水发生装置以及喷嘴向下以重盐水注入盐水层结的方法,模拟线性层结盐水中羽流的发展过程;应用时间分辨粒子图像测速技术(PIV),研究线性层结盐水中羽流内部流场结构。羽流的发展过程可以定性地归纳为3个阶段:入射阶段、中性浮力层出现阶段和中性浮力层稳定阶段。实验结果显示:羽流流速从中心区域向边缘逐步递减;羽流在下沉到最大深度后回升到中性浮力层,并向四周扩散;在羽流内部及边界存在大量复杂的涡旋结构,说明在羽流发展的过程中,始终伴随着羽流与周围环境水体之间的掺混作用。重新拟合确定了羽流最大穿透距离公式中的量纲一常数C,取值为4.03。 展开更多

关键词 热液羽流 线性层结盐水 时间分辨粒子图像测速法 速度场 涡量场

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深海溶解态锰和铁的原位分析技术研究进展 被引量：7

2

作者 潘安阳 杨群慧 +2 位作者 周怀阳 王虎 季福武 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期420-428,共9页

溶解态的锰和铁是海洋中重要的生物营养元素,也是探查海底热液活动及其演化的重要示踪剂。由于海底热液活动研究的迫切需求,以及AUV,ROV和HOV等水下运载支撑平台的迅速发展,20世纪80年代以来深海溶解态锰铁原位分析技术得到了快速发展... 溶解态的锰和铁是海洋中重要的生物营养元素,也是探查海底热液活动及其演化的重要示踪剂。由于海底热液活动研究的迫切需求,以及AUV,ROV和HOV等水下运载支撑平台的迅速发展,20世纪80年代以来深海溶解态锰铁原位分析技术得到了快速发展。早期研发的Scanner和SUAVE,可对热液羽流中高含量的锰铁元素实现联合测定,但存在元素之间相互干扰等问题,因此针对锰、铁元素单独测量的原位分析仪应运而生。锰原位分析仪中,ZAPS虽然具有较低的检测限,但是无法在深海高压环境下进行原位校正;GAMOS系列具有原位校正功能,且能耗较低,可长期运行,但是检测限偏高,因此只能应用于热液环境中含量相对高的锰监测。铁原位分析仪中,改进的ALCHIMIST可实现热液喷口异常高含量铁和正常海域水体中低含量铁的检测,但由于能耗较高而难以应用于长期观测中;低能耗的Fe-Osmo-Analyzer和CHEMINI则在长期运行方面有着明显的优势。随着AUV/ROV/HOV等水下移动平台应用的日渐广泛以及海底观测网技术的迅速发展,发展原位分析仪进行长期的自主观测将成为一种必然趋势。 展开更多

关键词 溶解态锰和铁 原位分析技术 海水 热液羽流

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西北印度洋卡尔斯伯格脊卧蚕热液羽流影响区古菌群落动态变化特征

3

作者 巫苑桢 韩喜球 +2 位作者 谢倩 魏铭聪 余娟 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1848-1863,共16页

【目的】热液羽流在浮力上升和非浮力侧向迁移过程中与背景海水不断进行物质和能量的交换。因海底热液活动和洋流的流速流向均存在动态变化性,热液羽流的高度、物理化学参数和微生物群落也随时空发生演化。然而,由于缺乏热液羽流的长期... 【目的】热液羽流在浮力上升和非浮力侧向迁移过程中与背景海水不断进行物质和能量的交换。因海底热液活动和洋流的流速流向均存在动态变化性,热液羽流的高度、物理化学参数和微生物群落也随时空发生演化。然而,由于缺乏热液羽流的长期监测和时序取样,微生物群落(尤其是古菌)的多样性及其时空演化尚不清楚。【方法】2018年7月−2019年6月,在卧蚕1号热液喷口东南300 m处放置了一套带有2个沉积物捕获器(分别距海底300 m和40 m)和一个浊度仪(距海底150 m)的锚系潜标,对热液羽流和热液羽流下方颗粒物沉降区的近底水样进行了为期18个月的观测和时序采样。本研究采用16S rRNA基因高通量测序技术研究了水样中古菌群落的多样性,以了解羽流层和近底沉降层古菌群落结构的特征与时空演化。【结果】热原体纲(Thermoplasmata)、甲烷八叠球菌纲(Methanosarcinia)和甲烷杆菌纲(Methanobacteria)等热液来源古菌,当浊度异常值较高时,它们的丰度也增加。从空间上看,热液羽流区和近底沉降区古菌群落结构在门和纲水平上具有相似性,但在目水平上表现出差异性,而且各主要类群的相对丰度也存在差异,其中热原体纲在羽流层中的丰度普遍高于近底沉降层,而氨氧化古菌和甲烷八叠球菌纲在沉降层的丰度较高。【结论】卧蚕热液区东南300 m热液羽流层和近底沉降层均受到了热液的影响,羽流层受热液影响的程度相对更显著,而近底沉降层除了受到一定程度的热液影响外,还可能受到了再悬浮沉积物的影响。热液贡献大小的动态变化和底层沉积物再悬浮可能是造成热液区近端水体古菌群落时空异质性的主要因素。本研究深化了对热液影响区古生菌群落结构及其月际尺度时空分布特征的认识。 展开更多

关键词 卧蚕1号热液区 热液羽流 古菌 时空演化 印度洋

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西南印度洋龙(方斤)热液区羽流信号的检测与通量估算 被引量：2

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作者 陈小丹 梁楚进 董昌明 《海洋学研究》 CSCD 北大核心 2015年第4期43-52,共10页

热液流体在物理化学特征方面与周围海水存在较大差异,探测温度异常和浊度异常是寻找热液羽状流信号的重要手段。本文采用"大洋一号"科考船第20航次的拖曳CTD数据和浊度数据,以及21航次的定点CTD数据,研究了西南印度洋龙(方斤... 热液流体在物理化学特征方面与周围海水存在较大差异,探测温度异常和浊度异常是寻找热液羽状流信号的重要手段。本文采用"大洋一号"科考船第20航次的拖曳CTD数据和浊度数据,以及21航次的定点CTD数据,研究了西南印度洋龙(方斤)热液区的温度异常和浊度异常现象。研究表明热液区中性浮力层在水深2 550~2 650 m间,厚度约为100 m,温度异常达0.01℃;水深2 750~2 800m间亦有温度异常,最大可达0.08℃;温度异常水深处存在相应的浊度异常。深层背景海水位温和位密间存在简单线性关系。此外,经初步估计,热液活动区初始浮力通量为8.78×10^(-4)m^4/s^3;通过中性浮力层估算热液热通量,约为130±43MW。 展开更多

关键词 西南印度洋 热液羽流 温度异常 浊度异常 热通量

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海底热液羽流发展过程的数值模拟 被引量：1

5

作者 易卫龙 刘欢 +1 位作者 叶丰 包芸 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期81-85,共5页

海底热液羽流系统对海洋底部热量与物质输运等科学问题的研究具有重要意义。本文采用数值模拟的方法研究在温度层结环境中二维轴对称热液羽流的发展过程,讨论热液羽流不同喷口条件对羽流发展过程的影响。计算结果表明,热液羽流的喷发过... 海底热液羽流系统对海洋底部热量与物质输运等科学问题的研究具有重要意义。本文采用数值模拟的方法研究在温度层结环境中二维轴对称热液羽流的发展过程,讨论热液羽流不同喷口条件对羽流发展过程的影响。计算结果表明,热液羽流的喷发过程分为2个阶段:上升过程中温度逐渐降低浮力减小,在背景层结的作用下达到稳定的上升高度;其后羽流顶部转向横向输运。喷口温度、喷口半径对热液羽流的上升高度和横向输运能力的影响正相关。 展开更多

关键词 热液羽流 物质输运 横向传播半径 数值模拟

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热液羽流中铁形态及其同位素特征

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作者 刘美彤 王虎 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期798-810,共13页

铁元素是海洋中重要的微量金属元素之一,其浓度高低直接影响海洋初级生产力、碳循环以及全球气候变化。海底热液系统是海洋中铁元素以及溶解态铁的重要来源之一,受到了国内外海洋科学家的广泛关注。由于热液来源的铁同位素与背景海水不... 铁元素是海洋中重要的微量金属元素之一,其浓度高低直接影响海洋初级生产力、碳循环以及全球气候变化。海底热液系统是海洋中铁元素以及溶解态铁的重要来源之一,受到了国内外海洋科学家的广泛关注。由于热液来源的铁同位素与背景海水不同,因此可作为示踪铁元素在海洋中迁移和分布的重要工具。回顾了国内外热液羽流中铁形态及其同位素研究现状,总结了羽流中铁元素形态的分布及其特征,包括有机络合态、胶体态和颗粒态,羽流中铁同位素分馏的影响因素,以及羽流中铁同位素组成特征,并展望了未来热液羽流中铁元素的研究方向和需要解决的科学问题。 展开更多

关键词 热液羽流 铁形态 铁同位素 同位素分馏

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层结环境中热液羽流物质输运范围的模拟计算 被引量：1

7

作者 叶丰 包芸 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期97-102,共6页

深海热液羽流系统对研究海底岩石圈和海洋之间的热量与物质输运及深海生物活动等科学问题具有重要意义。文章对温度层结环境中的二维轴对称热液羽流进行了数值模拟。计算结果表明,热液羽流上升过程中温度不断降低,浮力减小,在层结作用... 深海热液羽流系统对研究海底岩石圈和海洋之间的热量与物质输运及深海生物活动等科学问题具有重要意义。文章对温度层结环境中的二维轴对称热液羽流进行了数值模拟。计算结果表明,热液羽流上升过程中温度不断降低,浮力减小,在层结作用下达到最大上升高度。羽流垂向速度在羽流中心区域呈柱状分布,随着高度的增加速度值逐渐减少。计算得到的羽流最大上升高度和底部羽流半径与经典的MTT理论结果进行了对比,两者基本一致。而后随着时间增加,热液羽流顶部开始横向输运形成蘑菇状。示踪物浓度反映的羽流半径在高度0~50m保持不变,50m以上区域羽流最大半径随时间越来越大,在1.39h时不到30m,发展到100h后羽流半径达到150m。 展开更多

关键词 热液羽流 物质输运 横向传播范围 数值模拟

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西南印度洋深海热液羽流海水细菌的多样性 被引量：1

8

作者 任菲 郗丽君 +5 位作者 宋磊 朱雅新 董志扬 黄英 黄力 戴欣 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1318-1325,共8页

【目的】分析西南印度洋深海热液羽流细菌的多样性特点,为认识该特殊环境微生物对大洋生态系统的影响,以及获得特殊的微生物资源奠定基础。【方法】将西南印度洋深海热液羽流海水进行原位浓缩,对获得的1000倍浓缩海水样品进行富集培养... 【目的】分析西南印度洋深海热液羽流细菌的多样性特点,为认识该特殊环境微生物对大洋生态系统的影响,以及获得特殊的微生物资源奠定基础。【方法】将西南印度洋深海热液羽流海水进行原位浓缩,对获得的1000倍浓缩海水样品进行富集培养和微生物纯培养;通过构建原始海水浓缩样品和富集培养物的16S rRNA基因克隆文库,结合纯培养获得的微生物菌株的16S rRNA基因,分析该样品的细菌多样性结构和特点。【结果】共获得104个16S rRNA基因,其中50个来自原始热液羽流浓缩海水样品,40个来自富集培养物,14个来自分离获得的纯培养,它们分属于γ-变形菌群(γ-Proteobacteria)(74个),α-变形菌群(α-Proteobacteria)(14个),β-变形菌群(β-Proteobacteria)(5个),拟杆菌群(Bacteroidetes)(4个),厚壁菌群(Firmicutes)(2个),浮霉状菌(Planctomycetes)(2个),疣微菌(Verrucomicrobia)(2个)以及放线菌(Actinobacteria)(1个),共29个不同的操作分类单元(Operational Taxonomic Units,OTUs)。26个序列与已知微生物16S rRNA基因相似性低于97%,最低的只有86%。【结论】西南印度洋热液羽流存在较丰富的微生物多样性,以γ-Proteobacteria为优势类群,其次为α-Proteobacteria;该环境中存在较多尚未获得分离培养的微生物新属种。 展开更多

关键词 西南印度洋 热液羽流 16SRRNA基因 细菌多样性

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深海热液羽流动力学特性的数值模拟研究:以卡尔斯伯格脊大糦热液区为例 被引量：5

9

作者 楼映中 韩喜球 +2 位作者 贺治国 王叶剑 邱中炎 《中国科学：技术科学》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期194-208,共15页

建立了基于雷诺平均方法的计算流体动力学模型以模拟深海层化环境下高温热液羽流的上升、扩散和湍流混合过程,并应用于研究西北印度洋卡尔斯伯格脊大糦热液区羽流的特性.根据现场测量数据,分析了模型的参数敏感性,重点讨论了喷口流量、... 建立了基于雷诺平均方法的计算流体动力学模型以模拟深海层化环境下高温热液羽流的上升、扩散和湍流混合过程,并应用于研究西北印度洋卡尔斯伯格脊大糦热液区羽流的特性.根据现场测量数据,分析了模型的参数敏感性,重点讨论了喷口流量、环境浮力频率等因素对羽流运动过程的影响.计算得到了层化海洋环境中热液羽流的三层流场结构形态以及最大上升高度、中性浮力高度等关键环境参数.结果表明,经典卷吸假设仅适用于0.6倍最大上升高度以下的羽干区域,而中性层水平输运和羽帽区循环等作用使得羽流上部具有复杂的结构;湍流动能和湍流耗散率均在热液口附近达到最大值,而湍流黏度的最大值却出现在羽帽区,说明羽帽区存在强烈的湍流混合.通过所建立的模型对大糦热液区所探测到的热液羽状流进行了定量模拟,其结果得到了现场观测数据的验证,并估计了高温热液喷口的热通量约为39.38 MW.研究结果对海底热液喷口的示踪、海洋物质能量循环过程研究和海底多金属硫化物资源勘查与环境评价具有支撑价值. 展开更多

关键词 深海热液羽流 层化 湍流混合 卷吸系数 计算流体力学 大糦热液区 印度洋

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西北印度洋卡尔斯伯格脊卧蚕热液羽流影响区细菌群落结构特征及其演化 被引量：2

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作者 谢倩 韩喜球 +5 位作者 魏铭聪 邱中炎 董传奇 吴月红 吴雪停 余娟 《微生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1974-1985,共12页

【目的】热液羽流影响区包括热液羽流流经区域和羽流中性浮力层下方受热液颗粒物影响的区域。随着热液羽流的演化,热液羽流影响区内微生物群落的结构组成也会发生相应的变化,但是,由于观测和取样困难等原因,迄今热液羽流影响区不同空间... 【目的】热液羽流影响区包括热液羽流流经区域和羽流中性浮力层下方受热液颗粒物影响的区域。随着热液羽流的演化,热液羽流影响区内微生物群落的结构组成也会发生相应的变化,但是,由于观测和取样困难等原因,迄今热液羽流影响区不同空间位置微生物的群落结构特征及其在月际尺度上的演化尚不清楚。【方法】中国大洋49航次在卧蚕1号热液喷口东南侧300 m处投放了沉积物捕获器锚系,在不同离底高度开展了为期18个月的观测和时序采水。本文采用Illumina MiSeq高通量测序技术对水样中的微生物类群进行测序分析,结合现场实时探测的浊度异常资料,研究卧蚕热液区附近中性浮力羽流和热液颗粒沉降区细菌群落结构的特征和演化及其影响因素。【结果】结果表明,样品中细菌群落以γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、弯曲菌纲(Camplylobacteria)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、拟杆菌纲(Bacteroidia)、梭菌纲(Clostridia)和脱硫叶菌纲(Desulfobulbia)为主。在时间上,优势类群的相对丰度随浊度起伏发生变化,当浊度异常值升高时,弯曲菌纲相对丰度增加,α-变形菌纲相对丰度减少;在空间上,热液颗粒沉降区样品(离底40 m)中弯曲菌纲的平均相对丰度更高,中性浮力羽流(离底300 m)γ-变形菌纲的平均相对丰度更高。【结论】研究区受到了热液羽流的动态影响,当热液活动增强时,弯曲菌纲相对丰度显著增加,α-变形菌纲相对丰度减少;下方羽流颗粒沉降区比上方中性浮力羽流区含有更丰富的弯曲菌纲,而γ-变形菌纲则在中性浮力羽流更加富集。热液输入物质和硫化物颗粒的含量差异可能是造成热液羽流影响区内微生物时空间异质性的主要因素。 展开更多

关键词 卧蚕热液区 热液羽流影响区 细菌多样性 时空演化 高通量测序

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基于实测影像的深海热液羽流流场与物质能量输入特性反演研究

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作者 陈亚楠 楼映中 +3 位作者 贺治国 王叶剑 邱中炎 韩喜球 《中国科学：技术科学》 EI CSCD 北大核心 2022年第11期1705-1715,共11页

深海热液羽流是岩石圈与水圈进行物质能量交换的关键媒介,对海洋元素循环和海水化学成分的演化有重要影响.本研究基于实测影像资料对西北印度洋卧蚕-1号热液区热液喷口羽流进行了定量分析,以区域互相关算法为基础计算了热液羽流的流场结... 深海热液羽流是岩石圈与水圈进行物质能量交换的关键媒介,对海洋元素循环和海水化学成分的演化有重要影响.本研究基于实测影像资料对西北印度洋卧蚕-1号热液区热液喷口羽流进行了定量分析,以区域互相关算法为基础计算了热液羽流的流场结构,并进一步估算了卧蚕-1号“火焰山”热液喷口释放的热量和物质通量.结果表明,热液羽流中心线上的垂向速度在初始动量和浮力通量的共同作用下随羽流上升呈增大趋势,羽流中心线最大垂向速度约15.5 cm/s,最大水平速度约10.3 cm/s.受卷吸和边界剪切作用,热液羽流体积流量随上升高度增加近似线性增加.经估算,该喷口向海洋输入的热量约1.35±0.11 MW,所释放的Fe元素约3661±323 kg/a.研究结果为慢速扩张洋脊深海热液羽流动力特性和热液区物质与能量交换提供了科学参考依据. 展开更多

关键词 深海热液羽流 图像分析 互相关算法 热量输入 物质输入

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