三沙永乐蓝洞(SYBH)位于中国南海北部下沙群岛永乐环礁上，被发现是世界上最深的蓝洞。它的深度为301.19米，比之前的记录保持者——位于巴哈马群岛附近的迪恩蓝洞还要深100米。SYBH的横截面类似于垂直持有的芭蕾舞鞋的形状，其直径从表面的~130米到底部的~32米不等。虽然受到潮汐的影响，但SYBH内的水柱不受开放海洋环流的影响，并表现出不同的物理化学-微生物梯度。观测到两个温跃层，其温度随深度的下降速度比相邻层快，这些温跃层将水柱划分为以下五个不同的层:上层混合层(上层13 m)、季节性温跃层(13 - 20 m)、弱混合层(20-70 m)、永久温跃层(70-150 m)和均匀深水(深度超过150 m)¹⁴C数据表明，现代碳只存在于70米以上的深度，这表明水在永久温跃层上方垂直混合。

图1所示。(a)三沙永乐蓝洞位置及(b)鸟瞰图;(c)不同氧化还原系统中生物源元素和相关生化过程的变化。

化学分析表明，在Na等主要元素的含量上没有显著差异⁺K⁺、钙^2＋、镁^2＋，和Cl^{- - - - - -}在蓝洞内外的海水之间。然而，由于物理、化学和生物过程之间复杂的相互作用，蓝洞内部存在不同的氧化还原系统。根据氧化还原状态，水柱可分为以下三层:氧层(上层70 m)、作为氧化还原边界的化跃层(70 - 100 m)和缺氧深层(深度大于100 m)。在氧层中，由于自由的海气交换，溶解氧在上层混合层中相对丰富;在这里，浮游植物可以接触到阳光，生长良好，吸收营养物质，并通过光合作用将无机碳(即二氧化碳)转化为有机碳，从而产生无法检测到的营养物质(即硝酸盐、亚硝酸盐、铵、磷酸盐和硅酸盐)。在季节性温跃层以下，较低的太阳辐射限制了光合作用，有机物的分解是发生的主要化学-生物过程。这个过程消耗氧气，释放养分和二氧化碳，导致溶解氧和pH值降低。

在趋化跃层内，有机物通过各种反应(如好氧矿化、反硝化和厌氧氨氧化)腐烂，氧化性化学物质(如溶解氧和硝酸盐)急剧减少，还原性化学物质(如铵和硫化物)增加;微生物介导的反硝化作用导致硝酸盐急剧减少，但亚硝酸盐和一氧化二氮(一种温室气体)的峰值和铵浓度的显著增加发生在90 m的深度。从海水中去除氮，其中约60%的氮通过反硝化和厌氧氨氧化损失。此外，由于有机物分解过程中释放的二氧化碳，pH值会急剧下降。

在深层缺氧层中，可以观察到有机碳的最低浓度和最古老的年龄(例如，距今6810年)。这里没有溶解氧，但有丰富的硫化氢，它是剧毒的，闻起来像臭鸡蛋。大量的二氧化碳积聚在水中，部分原因是有机碳的分解和碳酸盐的溶解。与其他缺氧环境(如黑海和波罗的海)一样，这里也有高浓度的甲烷(所谓的沼气)和营养物，其中铵是溶解无机氮的唯一形式。

谢林平，王保东，李铁刚
自然资源部第一海洋研究所，中国青岛

出版

南海三沙永乐蓝洞水化学性质及趋化斜向
谢林平，王保东，蒲新明，辛明，何培清，李成轩，魏勤生，张学雷，李铁刚
环境科学，2019年2月1日

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