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本文以冲绳海槽伊平屋北部热液区(126o53.80′,27o45.50′)的现场水文数据作为背景条件,使用k-ε湍流模型模拟热液柱的动力过程。模拟计算得到的羽流速度、温度和湍流耗散率等基本物理量展现了热液柱的时空演化过程。模拟结果显示,羽流最大上升高度及中性浮力面高度与海底的距离分别为83.62m和68.97m,和2014年先导专项在此附近热液区所观测的温度异常和盐度异常的深度位置(离海底约66—86m)接近。羽流的上升速度满足高斯分布,其半径b与距喷口高度z-H成正比:b=0.0985(z-H),其中z为距海底高度,H为热液烟囱体的高度。羽流的最大体积通量比喷口的初始值增加了878倍,达1.034m~3/s;在中性浮力面位置附近,动量通量达到最大值,为0.156m~4/s~2,比初始值增加了882倍;浮力通量在中性浮力面以下和BM2000(Bloomfield et al,2000)理论模型符合良好,在中性浮力面以上则呈现随高度先增加后减小的特征。本文计算得到的平均卷挟率为α≈0.0807,与背景流较弱的热液区的声学现场观测结果相符。 相似文献
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《海洋科学集刊》2016,(0)
本文研究了西太平洋典型弧后盆地冲绳海槽和马努斯海盆的区域地质背景、岩浆岩、喷口流体、热液柱、沉积物及多金属硫化物。结果表明,冲绳海槽在构造和地球物理特征上南北分异,从北向南地壳厚度减薄,南部重力异常变化大,发育条带状磁异常,中部则具有最高的热流值。马努斯海盆的重力异常变化较小,磁力异常呈东西向展布,海底扩张中心附近出现磁异常条带。马努斯海盆已出现洋壳,冲绳海槽的地壳属于过渡性地壳,在中南部的地堑中可能已出现洋壳。冲绳海槽与马努斯海盆玄武岩的岩浆是由源区地幔部分熔融产生的原始岩浆与板块俯冲组分混合构成。中酸性岩与基性岩具有相同的岩浆物质来源,是玄武质岩浆结晶分异的产物。与马努斯海盆火山岩相比,冲绳海槽火山岩存在不同程度的地壳混染。冲绳海槽的喷口流体为富含金属元素(Mn、Fe、Zn、Pb)的酸性高温(高达320°C)流体,其热液柱中的Zn~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)离子浓度明显高于正常海水。马努斯海盆的热液柱呈现出CH_4、Mn、Al、δ~3He正异常及pH负异常的特征。与马努斯海盆PACMANUS热液区的喷口流体(220~276°C、pH=2.5~3.5)相比,DESMOS热液区的喷口流体温度(88~120°C或120°C以上)相对较低,酸性更强(pH≤2.1),二者较低的δ~(34)S_(H_2S)和δD值表明,岩浆演化过程中有酸性挥发分进入岩浆流体。冲绳海槽与马努斯海盆含金属沉积物的分布及其元素含量特征具有差异,相应地,两个弧后盆地含金属沉积物中的微生物群落也不同。冲绳海槽和马努斯海盆热液区均具富Zn型、Ba-Pb-Zn型、Si-硫化物型和Si-硫化物-硫酸盐型热液产物。与冲绳海槽的多金属硫化物相比,马努斯海盆中多金属硫化物的Pb和Au含量较低。 相似文献
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近23年的调查研究，使我们认识到分布于洋中脊、弧后盆地、岛弧和热点等环境的海底热液活动发育在多种围岩类型之上，包括超基性岩石、基性岩石、中性岩石、酸性岩石和沉积物。海底热液活动经历了岩浆去气作用、流体-岩石/沉积物相互作用和流体-海水混合，获取了岩浆、岩石、海水和沉积物的物质，构成了热液循环，产生了高温、低氧、高或低pH值、富含Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Hg、As等元素以及气体组分（甲烷、氢等）的喷口流体，影响了海水、沉积、岩石和生物环境，形成了热液柱、硫化物、含金属沉积物和蚀变岩石等热液产物，组成了海底热液系统。未来，促进海底热液活动探测技术和热液产物测试方法的发展，对海底热液区的岩石、喷口流体、热液柱、硫化物、含金属沉积物以及热液循环、生物活动的持续观测与研究，无疑将为人类探知海底地质过程及生命活动、保护海底热液环境和合理开发利用海底资源提供有力的工作支撑。 相似文献
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根据在青岛附近海域开展的现场观测数据介绍了一种可能的新的第二模内孤立波的产生机制。温度链观测数据显示在2 h内孤立波特征由显著的第一模内孤立波变为了显著的第二模内孤立波。所观测到的第二模内孤立波的波面起伏和它的垂直结构同KdV(Korteweg-de Vries)方程的理论结果吻合良好,对应涨潮引起的内波非线性系数、频散系数以及Ursell数的变化和第二模内孤立波的产生相匹配。这些结果表明,所观测到的第二模内孤立波可能是由于涨潮导致的局地层结快速变化引起的。进一步分析表明,局地层结快速变化可能由潮汐推动黄海冷水团边缘锋面移动引起。 相似文献
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海水中的氦同位素能对海底热液活动进行有效示踪。本文对在西南印度洋49°~56°E洋脊段采集的5条CTD拖曳剖面共14件深水样品进行了氦氖同位素分析。通过分析水体中存在的氦同位素异常,探讨调查区热液异常的特征和热液羽状流的分布。分析表明,5条CTD剖面均存在δ3He异常,其中CTD7-2(位置:37.927°S、49.412°E,水深2 140m,离底高度100m)的δ3He值最大,达到49.2%。根据δ3He分布特征,认为调查区内存在至少6处热液羽状流,其中37.927°S、49.412°E以西数千米范围内可能存在海底热液喷口。 相似文献
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无论是深入认识海底热液活动的规律,还是了解海底热液硫化物资源的分布情况,首先需要做的是发现海底热液活动及其产物.因此,用于发现和调查海底热液活动及其产物的技术手段非常重要.目前,进行海底热液活动调查的技术手段有电视抓斗、ROV、AUV和载人深潜器等.但由于使用这类技术设备需要相对高的投入和较复杂的附加装置,而且从电视抓斗、ROV、AUV和载人深潜器本身来讲,它们也有一定的技术限制,调查活动范围有限,不能胜任大面积海底热液活动异常调查工作.因此,载有各种物理、化学传感器和分析仪器的拖曳式走航连续观测系统仍是海底热液活动调查技术方面的一个重要发展方向.例如,美国、英国等先后投资研制了多种拖曳式设备,可进行海底地貌成像、电磁场、CTD、以及化学和物理多参数的测量,为发现和确定海底热液喷口位置起到了巨大的作用. 相似文献
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基于小波变换的水沙关系特征分析:以长江大通站为例 总被引：1，自引：0，他引：1
根据长江大通站近50年(1957～1999年)的水沙数据,利用复Morlet小波变换,分析水沙时间序列多尺度小波特征,建立了不同时间尺度上的水沙关系式.分析结果显示:(1) 大通站水沙序列年内洪、枯季周期波动最为显著,流量的长周期特征明显,含沙量与输沙量的短周期特征显著.(2) 大通站水沙序列多尺度特征明显,流量的振荡周期主要为3～6 a和8～16 a;含沙量多尺度振荡周期较为平稳,4～6 a的周期振荡中心尺度呈明显下降的趋势;输沙量以4～6 a和10～14 a的周期显著振荡,输沙量变化平稳,较含沙量变化有一定的滞后期.(3) 根据流量小波特征分析,近50年的水沙变化过程大致可分为3个时期,分时段拟合水沙关系曲线,发现总体水沙曲线的指数与正常期和丰水期的接近,而与少水期的存在较大的差距.少水期系数较小、指数较大,表明在少水期泥沙的供给量较少,但水流的搬运能力增强. 相似文献
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海底沉积物声速是海洋物理学和水声学研究的一个重要物理量。声速测量的准确性取决于如何准确计量超声波在沉积物介质中的传播时间。针对传统的观察波形突变法存在不足,文中基于小波变换独特的时-频局部化特征,阐明了小波变换信号奇异性检测原理,分析讨论如何利用该原理来检测海底沉积物声速测量中的超声回波信号起跳点。用Matlab数值计算软件,把记录的波形数据文件导入工作空间,选用Db3小波进行5层小波分解,观测其模极大值点的位置;用Gauss小波进行连续小波变换,观测其模极大值线的位置。并用两个实例验证了小波变换检测超声回波起跳点可行性及优越性,可提高海底沉积物声速测量的准确性,为海底智能化检测仪器的研发提供技术基础。 相似文献
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Spatial distribution pattern of seafloor hydrothermal vents to the southeastern Kueishan Tao offshore Taiwan Island 总被引：1，自引：0，他引：1
HAN Chenhu YE Ying PAN Yiwen QIN Huawei WU Guanghai CHEN Chen-Tung Arthur 《海洋学报(英文版)》2014,33(4):37-44
Investigations of the diffusion activities both within and outside the seafloor hydrothermal vents, as well as related mineral genesis, have been one of the key focuses of ocean biogeochemistry studies. Many hydrothermal vents are distributed close to the southern Okinawa Trough on the less-than-30-m deep shallow seafloor off Kueishan Tao, northeast of Taiwan Island. Investigations of temperature, pH and Eh at four depths of hydrothermal plume were carried out near Kueishan Tao at the white(24.83°N, 121.96°E) and yellow(24.83°N, 121.96°E) vents. An 87 h of temperature time series observation-undertaken near the white vent showed that tide is the main factor affecting the background environment. Based on the observed data, 3-dimensional sliced diffusion fields were obtained and analyzed. It was concluded that the plume diffused mainly from north to south due to ebb tide. The yellow vent's plume could effect as far as the white vent surface. From the temperature diffusion field, the vortices of the plume were observed. The Eh negative abnormality was a better indicator to search for hydrothermal plumes and locate hydrothermal vents than high temperature and low pH abnormalities. 相似文献
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Richard N. Hey Gary J. Massoth Robert C. Vrijenhoek Peter A. Rona John Lupton David A. Butterfield 《Marine Geophysical Researches》2006,27(2):137-153
Earth’s fastest present seafloor spreading occurs along the East Pacific Rise near 31°–32° S. Two of the major hydrothermal
plume areas discovered during a 1998 multidisciplinary geophysical/hydrothermal investigation of these mid-ocean ridge axes
were explored during a 1999 Alvin expedition. Both occur in recently eruptive areas where shallow collapse structures mark
the neovolcanic axis. The 31° S vent area occurs in a broad linear zone of collapses and fractures coalescing into an axial
summit trough. The 32° S vent area has been volcanically repaved by a more recent eruption, with non-linear collapses that
have not yet coalesced. Both sites occur in highly inflated areas, near local inflation peaks, which is the best segment-scale
predictor of hydrothermal activity at these superfast spreading rates (150 mm/yr). 相似文献
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A computational fluid dynamics (CFD) model was developed to simulate the turbulent flow and species transport of deep-sea high temperature hydrothermal plumes. The model solves numerically the density weighted unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes equations and energy equation and the species transport equation. Turbulent entrainment and mixing is modeled by a k–ε turbulence closure model. The CFD model explicitly considers realistic vent chimney geometry, vent exit fluid temperature and velocity, and background stratification. The model uses field measurements as model inputs and has been validated by field data. These measurements and data, including vent temperature and plume physical structure, were made in the ABE hydrothermal field of the Eastern Lau Spreading Center. A parametric sensitivity study based on this CFD model was conducted to determine the relative importance of vent exit velocity, background stratification, and chimney height on the mixing of vent fluid and seawater. The CFD model was also used to derive several important scalings that are relevant to understanding plume impact on the ocean. These scalings include maximum plume rise height, neutrally buoyant plume height, maximum plume induced turbulent diffusivity, and total plume vertically transported water mass flux. These scaling relationships can be used for constructing simplified 1-dimensional models of geochemistry and microbial activity in hydrothermal plumes. Simulation results show that the classical entrainment assumptions, typically invoked to describe hydrothermal plume transport, only apply up to the vertical level of ~0.6 times the maximum plume rise height. Below that level, the entrainment coefficient remains relatively constant (~0.15). Above that level, the plume flow consists of a pronounced lateral spreading flow, two branches of inward flow immediately above and below the lateral spreading, and recirculation flanking the plume cap region. Both turbulent kinetic energy and turbulence dissipation rate reach their maximum near the vent; however, turbulent viscosity attains its maximum near the plume top, indicating strong turbulent mixing in that region. The parametric study shows that near vent physical conditions, including chimney height and fluid exit velocity, influence plume mixing from the vent orifice to a distance of ~10 times the vent orifice diameter. Thus, physical parameters place a strong kinetic constraint on the chemical reactions occurring in the initial particle-forming zone of hydrothermal plumes. 相似文献
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This paper presents the basis of acoustic method used for temperature field measurement of seafloor hydrothermal vent and two techniques of the parabolic interpolation and the bending compensation of propagation paths of acoustic signal are introduced. Experimental research is performed to exactly rebuild the temperature field around hot springs on the floor of Qiezishan Lake, Yunnan, China. The accuracy of the travel time estimation has been improved based on the aforementioned technique and method. At the same time, by comparison of the results of temperature field with different means, the max absolute error, the maximum relative error and the root mean square error are given. It shows that the technique and the method presented in the paper can be applied to the temperature field measurement detector around the seafloor hydrothermal vent. It also has a good accuracy. 相似文献
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台湾海峡地理位置独特,西侧海域海湾 岛屿系统普遍发育,显著影响了海域流场分布。同时,海峡西岸经济区的快速发展对区域海洋动力环境背景场及其变化的精细认识提出了更高的要求。福建莆田南日岛西侧南日水道是连通兴化湾与平海湾的主要水道,是区域海洋动力环境的“咽喉”所在,在区域海洋环境保护与科学开发利用中居于至关重要的位置。为了全面认识台湾海峡西侧海湾 岛屿系统影响下区域海洋动力环境背景场的年季变化,本研究利用布放在南日水道的座底观测系统获得的周年海流资料,结合同期气象风场资料,通过数据统计分析、调和分析、滤波处理和小波变化等手段,研究了南日水道内海流的季节变化规律和驱动余流的动力要素,初步探讨了热带气旋等对海洋动力演化过程的影响。研究结果表明,研究海域潮流为不正规半日浅海潮流,并具有明显的半月周期,涨潮流大于落潮流,涨潮流主方向为 WNW 向,落潮流主方向为 SE—ESE向。旋转谱结果表明,研究海域以半日潮为主,逆时针能量强于顺时针,惯性周期无明显的谱峰。潮流强度的季节变化特征为冬季最强,秋季、春季次之,夏季最弱。夏、秋季的余流流速较其他季节明显偏大,表层余流有明显的季节特征,底层余流全年为北向流。观测点余流主要由风引起,二者有很好的相关性,但频率统计结果显示二者方向不一致,表明余流在地形的作用下发生了转向,其中潮致余流对表层余流贡献较小。小波能量图表明,双台风（热带气旋）期间风和余流均存在1 d及6 d左右的周期信号,二者密切相关。本研究成果对于区域海洋环保以及海域科学开发与应用具有重要的现实意义。 相似文献
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首先给出了基于GNSS-MR技术提取潮波系数的原理与方法,然后利用布设在浙江省石浦港验潮室屋顶的GPS站DSPU实测数据对潮波系数进行了提取,并与验潮站实测潮位调和分析结果进行了对比分析。实验结果表明GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位值吻合较好,相关系数优于0.97;GPS-MR反演潮位与验潮站实测潮位获取的潮波系数基本一致,除M2、S2外其它差异较小。两者获取的潮波系数差异主要因为DSPU测站观测环境极大地影响了GPS-MR提取潮位精度。沿海GNSS站用于潮位监测和潮波系数提取,将进一步拓展沿海GNSS监测站的应用领域,在一定程度上可弥补验潮站的不足。 相似文献
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台湾近海热液体系独特的生物及地球化学特征 总被引：1，自引：1，他引：0
台湾地处西太平洋构造活动带，近海发育了多处热液活动，其中最典型的为龟山岛和绿岛热液体系。本文对海峡两岸在龟山岛和绿岛热液的地球化学特征以及周边生物体的响应的研究进展进行了综述。龟山岛热液喷出流体具有全球最低的pH(1.52)，富含重金属元素和CO2等酸性气体，是周围海水中有色溶解有机质的来源；绿岛具有全球热液中最低的溶解有机碳浓度(14 μmol /L)，且具有特殊的动力学特性。喷口周边分布了较为罕见的自然硫烟囱体和硫磺球。喷口的高毒性、高酸性热液改变了热液区生物体如螃蟹的生活习性和解毒机制。热液区的主要活跃菌群为参与碳、硫和氮代谢途径的γ-和ε-变形菌。主要生物质合成以硫还原和硫氧化的化能无机自养型生物为主，微生物硫代谢促进了热液系统中的微生物能量流动和元素循环作用。某些热液生物采用繁殖期迁徙的机制应对高毒性、高酸性热液环境。在热液活动的胁迫下，这些微生物产生了新颖独特的代谢产物。此外，龟山岛和绿岛热液体系还受到了潮汐、台风和地震等灾害性事件的影响。台湾近海热液体系的研究对认识热液地球化学循环、探讨热液的生态环境效应等具有重要的意义。 相似文献
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潮致余流和潮混合对长江口外东北海域低盐水团的作用 总被引：1，自引：0，他引：1
长江冲淡水对黄海、东海水文环境有重要影响,它主要以羽状形态向外海扩展,在某些年份的特殊时间段也存在孤立的低盐水团现象。在低盐水团的动力机制研究中,风、径流量、台湾暖流、天文潮和斜压不稳定的作用已得到讨论。天文潮对冲淡水及低盐水团的影响主要包括潮致余流和潮混合,潮致余流作用仍缺乏讨论。本文对1983年8月低盐水团的动力机制进行数值模拟分析,重点讨论了潮致余流和潮混合的影响。结果表明:潮致Lagrange余流促使一部分冲淡水从口门向北输运,在32°N附近呈舌状转向东,有利于在口外东北海域形成低盐水团;小潮转大潮的垂向混合作用加强,浅水区表层盐度升高的速度快于较深水区,也有利于在口外东北海域形成低盐水团。 相似文献