南海北部MD12-3432站深海氧同位素MIS6期到MIS5期陆源沉积物元素比值反映的古气候变化

海洋沉积物中的某些主微量元素与沉积物源区有着密切的联系,它们之间的比值变化受到源区化学风化强度的影响,因此这些元素的比值变化可以反映出海洋沉积物源区古气候的变化。本文研究了南海北部陆坡MD12-3432站位深海氧同位素6期和5期(MIS6/5) 沉积物的主微量元素,发现其表现出良好的气候控制变化特征,K/Ti、Mg/Ti、Al/Ti、Fe/Ti、Co/Ti、Zn/Ti和V/Ti等比值在MIS 5期时较高,而在MIS6期时较低。南海北部的碎屑物质主要来自中国华南地区,沉积物中元素比值的变化表明间冰期时(MIS5)华南地区陆壳化学风化增强,说明该时期华南陆地气候环境温暖湿润,这可能是间冰期时东亚夏季风加强的结果;而冰期时南海北部沉积物源区化学风化减弱,则与此时东亚冬季风较强,华南地区气候干燥寒冷相关。同时,与表层海水生产力相关的Ba/Ti比值在间冰期较高而冰期较低,反映出南海北部在间冰期时表层生产力较高而冰期时相对较低,这可能是由于东亚夏季风增强带来更多降雨,陆地化学风化作用加强,大量营养成分随河流进入南海,导致南海北部表层海水生产力增加。     

南海南部120ka以来元素地球化学记录的东亚夏季风变迁

利用XRF岩芯元素扫描仪对南海南部MD05-2896孔岩芯样品进行1 cm间隔的元素测试。该孔底部年龄约为120ka。研究表明,南海南部间冰期夏季风活动增强,上升流发育;夏季风和降雨带来的陆源有机物输入增加,提高了表层的生产力;冰期夏季风减弱,陆源有机物输入减少,表层生产力降低。海洋表层生产力在MIS3早期(60~40 ka)较高,指示该时有特强的夏季风,上升流作用增强。Ba/Ti值表明东亚夏季风的强弱变化,并与北半球夏季日射量基本呈线性关系,体现了东亚夏季风演化的天文驱动机制。     

南海北部MD12-3432站MIS 11期以来底栖有孔虫反映的古环境变化

南海具有典型边缘海特征,其北部陆坡由于具有高沉积速率的地层剖面,可以用于研究亚轨道尺度气候变化。本研究以南海北部陆坡下部MD12 3432柱状样(19°16.88′N,116°14.52′E,水深2 125 m)为主要研究材料,分析其粗组分百分含量、底栖有孔虫丰度和特定环境指示属种的百分含量与丰度,并结合相关研究结果,运用多指标综合分析,重建了南海北部陆坡MIS 11期(距今约40万年)以来的表层初级生产力和底层水溶解氧含量的演化情况。与之前研究不同,本研究发现MIS11期以来南海北部的古生产力在温暖的间冰期高、在寒冷的冰期低,且主要受控于东亚夏季风影响下低纬地区降水强度的变化。在MIS 7期和MIS 9期可能有较高溶解氧含量的底层水进入南海北部,导致在高生产力的暖期中,喜氧的低生产力指示种Cibicidoides wuellerstorfi丰度增加。     

MIS2期南海北部粘土矿物记录的东亚夏季风快速变化

运用伊利石结晶度线性剥离法,定量计算了华南、台湾和吕宋这 3 个主要物源区对南海北部陆坡MD12-3432和MD12-3434两个岩芯(分别为50. 80 m和8. 33 m)MIS 2期粘土相对贡献量的时间序列变化.结果显示,台湾对两个岩芯的贡献最大(36%~62%),吕宋的贡献次之(28%~50%),二者之和一般大于90%,而来自华南的贡献最小(3%~17%).台湾和吕宋的贡献量呈现显著反向的千年时间尺度快速波动,二者贡献量随东亚夏季风增强或减弱而显著变化,因此,吕宋/台湾贡献量比值可以用于指示东亚夏季风的快速演化.吕宋/台湾粘土贡献量比值在B?lling-Aller?d和Dansgaard-Oeschger 2事件期间的增加,反映了同时期东亚夏季风的快速增强;而在Heinrich 1和Heinrich 2事件期间的减小,则指示了东亚夏季风的减弱.吕宋/台湾贡献量比值对东亚夏季风快速变化的指示,在一定程度上要明显优于蒙脱石/(伊利石+绿泥石)比值.南海北部MIS 2期粘土矿物对东亚夏季风快速变化的响应具有明显的空间差异性,受洋流搬运扰动和物源控制作用影响,陆坡相对浅水区粘土矿物记录的东亚夏季风快速变化信息相对有限,而深水稳定的沉积环境则更有利于保存东亚夏季风快速变化信息.     

蓝细菌和浮游古菌在南海第四纪氮循环中的作用初探

南海晚第四纪沉积物中的氮同位素在冰期-间冰期气候旋回中只有微弱的变化,与东太平洋的反硝化记录截然不同,可能反应了局地的氮生物地球化学过程.文章对位于南海南部钻取的一根柱状样MD05-2897的海洋氧同位素阶段(MIS)3～5期的有机氮同位素、反映蓝细菌贡献的2-甲基藿烷指数和反映氨氧化古菌Thaumarchaea的泉古菌醇进行了分析.结果显示,有机氮同位素在MIS 5期有明显降低,对应于这一降低,2-甲基藿烷指数和泉古菌醇都显示了升高的特点,暗示蓝细菌固氮作用和古菌氨氧化作用可能是导致OIS 5期的氮同位素降低的重要过程.     

东北印度洋区BAR9427岩心末次冰期以来的古季风活动记录

末次冰期旋回尤其是氧同位素3期气候明显不稳定, 南亚季风活动并不遵循冰期间冰期的规律.通过东北印度洋区位于安达曼海南部、苏门答腊岛西北端格雷特海峡的BAR9427岩心的古海洋学研究, 并与相邻孟加拉湾地区的MD77181和MD81349二支岩心进行对比分析, 认识到末次冰期氧同位素2期时, 研究区东北冬季风增强, 上升流活跃, 古生产力较高, 同时近岸地区蒸发作用强烈, 海水盐度升高.末次冰期大间冰阶氧同位素3期的早、晚期, 研究区西南夏季风活动强烈, 向东的西南季风流, 使得孟加拉湾中部盐度升高, 而北部由于季风降雨, 大量的淡水输入使得盐度大幅度下降, 且八月盐度远低于二月.西南夏季风变化遵循23ka的岁差周期, 在我国青藏高原、黄土与沙漠以及阿拉伯海等区都有表现.      

南海西部浮游有孔虫记录的MIS 3期表层海洋环境变化

对南海西部越南岸外上升流区17954-2站浮游有孔虫属种组合变化、浮游有孔虫氧同位素、AMS14C测年的分析以及浮游有孔虫表层海水温度、温跃层转换函数的研究结果表明:在MIS3期,南海西部表层海水温度大体呈现暖-冷-暖的变化趋势;温跃层深度由浅到深阶段性变化;短时间尺度上温度与温跃层发生幅度较大的快速变化。暖事件（IS）对应于浮游有孔虫暖水种、混合层属种含量的增加,冷水种、温跃层属种含量的减少以及冬夏SST的升高;冷事件则与之相反。表层海水生产力亦大致呈现3个阶段（61～51ka,51～42ka和42～32ka）的变化,在千年尺度的快速气候事件中,暖事件对应浮游有孔虫生产力属种含量降低,冷事件对应升高。此外,在MIS3内部分暖事件（IS6和IS11～13）表现出表层海水温度降低,温跃层深度变浅和表层海水生产力升高的状况,表明该区此时上升流的存在,其形成原因推测是由于东亚夏季风加强的结果。     

南海南部17962柱状样生物硅沉积记录及其古海洋意义

生物硅沉积记录可以反映海洋表层水体的古生产力。南海南部１７９６２柱状样３万余年来的生物硅堆积速率曲线表明,南沙海区古生产力的升高与一系列变冷事件,如冰期中的Ｈｅｉｎｒｉｃｈ事件、冰消期新仙女木事件、中晚全新世变冷事件等有良好的对应关系。冬季风的强化及由此导致的海洋古生产力的升高可能是上述良好对应关系的内在原因。     

20万年来南海古海洋研究的主要进展

南海第四纪古海洋学的研究,从ODP184航次以来获得了快速的发展,已经成为国内外古海洋研究的重点地区之一。试图对国内外文献作一综述,介绍近20万年以来高分辨率的南海古海洋研究进展。综述主要涉及温度、盐度、生产力和上层水体的变化,重点介绍南海季风的研究成果。南海浮游有孔虫氧同位素曲线具有MIS3.3和MIS6.5期偏轻,MIS5.5和MIS7.3期偏重的特征,已被称为"季风型氧同位素曲线"。不同于代表全球冰量变化的底栖有孔虫氧同位素曲线(即SPEC-MAP曲线),"季风型氧同位素曲线"具明显的2万年岁差周期,代表了季风降水的影响。快速气候变化事件也有较为完整的记录,揭示了热带地区在快速气候变化中也发挥着重要的作用。     

萨拉乌苏河流域末次间冰阶气候——以米浪沟湾剖面为例

米浪沟湾剖面末次间冰阶层序粒度和化学元素波动韵律与由古流动砂丘砂和上覆河湖相或古土壤构成的沉积旋回颇为一致。古流动砂丘砂犹如现代流动砂丘砂,是东亚冬季风主导下干冷气候的产物;河湖相和古土壤颗粒细化,化学、生物等地球风化程度增强,含较多喜暖的软体动物化石,指示其偏南夏季风主导下的温暖湿润气候。据此,末次间冰阶萨拉乌苏河流域至少经历了10次温湿(W事件)和9次冷干(C事件)气候波动,且可划分为MIS3e(58.85~48.98kaBP)、MIS3d(48.98~39.55kaBP)、MIS3c(39.55~34.59kaBP)、MIS3b(34.59~26.47kaBP)和MIS3a(26.47~23.07kaBP)等5个亚段。其中,19次冷/暖波动可与格陵兰GRIP冰心δ18O冰段/间冰段相对应,5个亚段与我国古里雅冰心在波动性质和相位上都极为一致,与V23-81冷性浮游有孔虫数代表的北大西洋地区气候也具有较好的可比性。谱分析显示出21.70ka、1.05ka、0.64ka、0.50ka等显著周期,即该地千百年尺度气候主要受与北大西洋热盐环流波动引起的东亚冬、夏季风强弱有关,而万年尺度上则受控于岁差周期所导致的太阳辐射变化。     

沙鲁里山更新世冰川作用及西南季风波动对末次冰期冰川作用的影响

地处南亚季风区的沙鲁里山地区保留有丰富的第四纪冰川作用遗迹。文章通过ESR对冰碛物直接定年,结合冰碛地貌形态及其风化程度差异,结果表明沙鲁里山地区可能经历了4次规模较大的冰川作用。它们的ESR年代大约为19～16kaB.P.,48～43kaB.P.,135kaB.P.和571kaB.P.,分别与深海氧同位素第2、第3、第6、第16阶段对应。自沙鲁里山最早冰川作用(571kaB.P.)以后,该区经历了较大规模的抬升作用。MIS2和MIS4期间西南季风微弱,降水稀少,气温严寒,南亚季风区冰川发育受到一定限制。MIS3早期和晚期夏季风强盛,降水丰富,温度较高,水热平衡状况有利于冰川发育;MIS3中期气温较低,夏季风较强盛,降水较丰富,这种冷湿组合的气候条件有利于冰川发育。南亚季风区,MIS3期间的冰川前进规模不亚于甚至在某些区域超过了末次盛冰期,其主要原因可能是受制于夏季风的降水差异。     

西菲律宾海末次冰期以来的浊流沉积及其古环境意义

菲律宾海西部吕宋岛岸外MD98－2188钻孔揭示末次冰期以来发生过数次浊流沉积事件。研究发现浊流沉积层具有密度高、颜色亮度大等物理特征,含有较多粗沉积组分和翼足类化石碎片,说明其来源于浅海沉积物。本文运用AMS 14C测年和浮游有孔虫氧同位素建立精细的年龄模式,发现浊流沉积层段主要与末次盛冰期、冰期Heinrich变冷事件以及氧同位素4期等低海平面时期相对应,推测与千年尺度北半球气候冷期相关的海平面快速上升可能是西菲律宾海浊流沉积的触发原因。这对于认识快速气候变化的环境后果和开展西菲律宾海晚第四纪地层划分对比都有重要意义。     

南海北部氧同位素3期时上部海水结构的变化*

南海北部海水物理化学性质不但受东亚季风的影响,还受到珠江陆源输入的影响。文章根据对南海北部ODP 1144站浮游有孔虫属种组合变化和氧同位素分析,以及浮游有孔虫表层海水温度转换函数的研究结果表明:南海北部MIS 3期的表层海水温度在H2~H6事件时明显降低,并在H4~H5(45.66~38.77kaB.P.) 期间,表层海水冬季温度变化频繁,且幅度较大。35~29kaB.P. ,浮游有孔虫暖水种含量减少,浮游有孔虫氧同位素值增重,同时高生产力属种Neogloboquadrina dutertrei的含量增加,说明冬季风在该阶段强化。此外,52~46kaB.P.期间,N.dutertrei含量增加,浮游有孔虫氧同位素较低,表层海水温度没有明显的变化,所以此时南海北部的高生产力可能与珠江陆源输入的增加有关,指示东亚夏季风的加强。     

贵州都匀七星洞石笋剖面晚更新世高分辨率的气候地层学

通过对贵州都匀七星洞4根石笋42件系统的TIMS²³⁰Th测年及694件稳定同位素分析,揭示的气候变化记录时限范围连续1～15万年,稳定同位素样品平均分辨率晚期达150～220a,早期达440～530a。研究表明,石笋^δ18O曲线,相当于海洋记录的终止点Ⅰ及终止点Ⅱ具有特别明显的突变,其年龄分别为11.3kaB.P.及129.3kaB.P.,应为晚更新世顶、底界线的准确年代。晚更新世与深海氧同位素记录MIS2～MIS5e相对应的气候地层单元,其界限年代也分别得到了明确的界定。相当于格陵兰冰芯记录、北大西洋沉积记录的YD事件、Heinrich气候突变事件,几个石笋记录取得了一致的准确定位及定年。其中YD事件为12.76～11.52kaB.P.;Heinrich事件的H1～H6分别为17～15kaB.P.,24.6kaB.P.,30.5kaB.P.,39.3kaB.P.,47.8～46.8kaB.P.以及60.4kaB.P.。对其与北大西洋沉积及格陵兰冰芯记录所揭示的短尺度气候突变事件的可比性,表明东亚季风气候变化,与高纬度地区的气候变化呈遥相关响应,对研究东亚季风气候驱动机制及其与全球气候变化的响应关系和对晚更新世的地层学研究,均具有特别重要的意义。     

耀县黄土记录的全新世东亚冬夏季风非同步演化

通过多指标分析了黄土高原中部地区耀县黄土剖面,重建了全新世以来该地区季风变化过程。结果显示研究区全新世冬、夏季风并非同步演化,夏季风： 10.0～9.4kaB.P.快速转强; 9.4～3.4kaB.P.为全新世强盛期,但夏季风在强盛期并不稳定,其中在 6.8～5.9kaB.P.存在一个衰退事件; 3.4kaB.P.以来夏季风快速衰退。在8.4kaB.P.之前,冬季风强盛,并逐渐减弱; 8.4～6.6kaB.P.冬季风较弱; 6.6～5.7kaB.P.存在一个冬季风突然增强; 5.7～1.7kaB.P.冬季风为全新世最弱的阶段; 1.7kaB.P.以来,冬季风强度迅速增大,具有不稳定性。耀县地区全新世冬、夏季风的演化过程不同步可能揭示了全新世冬、夏季风演化的主控因子不同。     

中国热带MIS 3气候特征探讨

本文根据30多个古气候分析实例,探讨中国热带MIS3气候波动的相位特征、变幅特征和周期特征.MIS3为回暖期,曾出现早、晚2个暖期,晚期比早期更暖.MIS3的气候与现今的气候相比较,东部热带以热湿为主,年均温比今高1°～2℃或2°～2.5℃,年降水量比今多700mm或400～500mm;西部热带以凉湿为主,年均温与今相似或约低1.5℃,年降水量比今多700mm左右.MIS3期间出现2个冷-暖-冷的旋回,平均周期为17.5ka,这与岁差周期大体相符.中国热带MIS3的气候波动不仅有万年尺度的地球轨道周期,也有千年尺度的周期,后者与太阳辐射总量本身的变化有关.     

新疆罗布泊地区32.0～9.1kaB.P.期间的孢粉记录及其古气候古环境演化

新疆罗布泊地区罗北洼地CK­2钻孔的孢粉记录揭示出： 32.0～9.1kaB.P. 植被演替明显,气候干湿波动显著; 晚冰期向全新世过渡期间,气候波动频繁且具突变性。31.98～19.26kaB.P.罗布泊地区处于末次冰期的盛冰期阶段,气候寒冷湿润,冷暖波动频繁,但幅度不大,研究区植被以草原－荒漠草原为主; 19.26～13.67kaB.P. 气候明显变为温暖干燥,植被以荒漠为主; 13.67～12.73kaB.P.气候冷湿偏干,植被以草原－荒漠草原为主; 12.73～9.14kaB.P.气候冷湿与暖干交替频繁,波动幅度较大,植被逐渐由荒漠向草原－荒漠草原过渡。其中, 16.45～15.39kaB.P.,14.27～13.67kaB.P.和 11.74～11.23kaB.P.之间的冷颤动分别相应于老仙女木、中仙女木和新仙女木事件; 15.39～14.27kaB.P.和 12.73～11.74kaB.P.之间的暖期则分别对应于欧洲博令和阿勒罗得暖期; 新仙女木事件后的气候具有突变性的特点,10.49kaB.P.前后的暖事件和9.14kaB.P.前后的冷事件,成为全新世早期气候变化的显著特征。孢粉浓度和花粉组合所反映的罗布泊地区晚冰期以来的气候演化同全球性的气候事件具有显著的可比性。     

南海北部陆坡沉积记录的全新世早期夏季风极强事件

在AMS14C精确定年的基础上,通过南海北部MD05-2905站高分辨率的氧同位素、粒度、元素分析,其结果显示所有指标均在11.2～8.5kaB.P.期间发生异常,根据夏季风指标认为这是夏季风极强事件。将本站位相同纬度（20°N）的夏季平均日辐射量与季风指标进行对比,发现全新世早期（11.2～8.5kaB.P.）东亚夏季风极强事件对应着夏季太阳辐射量最大值和热带辐合带（ITCZ）的位置向北移动,说明全新世早期夏季风突然增强可能是在岁差周期控制下,较高的太阳辐射量驱动了热带辐合带（ITCZ）及其有关的雨场向北移动,在南海北部产生了大量的降水,导致氧同位素偏负、碳酸盐的含量较低以及线性沉积速率较高。这与前人对相邻地区湖光岩玛珥湖的孢粉研究、江西南岭地区泥炭的记录以及中国南方石笋记录的研究结果相吻合。该季风最强事件与阿拉伯海发现的早全新世季风最强事件以及根据格陵兰冰芯记录的早全新世甲烷最大值推测低纬地区湿地扩张相一致,这反映了南海北部全新世早期与全球低纬地区早全新世气候变化格局一致。     

南海北部1144站中更新世浮游有孔虫的千年尺度古气候记录

南海北部ODP1144站中更新世气候转型时期的浮游有孔虫在千年尺度上以高频率变化为主要特征.冰期旋回主要周期在0.9Ma由41ka转变为100ka, 浮游有孔虫组合也随冰期旋回出现大量的冷水种.据转换函数得出的表层水降温高达10℃发生在0.9~0.6Ma间的转型过渡期, 跨越MIS22、20、18、16四大冰期.同时, 温跃层深度呈阶梯式变浅, 在MIS20上升至65m左右.所以, 南海北部上层水体环境在中更新世气候转型期出现比末次冰期更重的δ18O值, 温跃层变浅, 深水种含量降低或消失, 突出了边缘海区南北气候梯度反差和冬季风在冰期增强的讯号.南海南北部的环境差异与东西太平洋的差异, 共同表明低纬过程在气候变化中的重要性.