西北冰洋楚科奇海台P31孔晚第四纪的陆源沉积物记录及其古海洋与古气候意义

通过对北冰洋西部楚科奇海台P31孔沉积物进行岩性特征和颜色旋回分析、XRF元素扫描、AMS14 C测年、有孔虫丰度统计、筏冰碎屑(IRD)(250和154μm)含量分析以及粒度组成的综合研究,建立了该孔的地层年代框架,其沉积物被划分为MIS 3-MIS 1的沉积序列。自MIS 3以来,楚科奇海台P31孔可以识别出5个IRD事件,它们分别出现在晚MIS 1、MIS 2和早中MIS 3期。这些IRD主要被来自加拿大北极群岛的冰山或者大块冰所携带,随波弗特环流搬运至楚科奇海台并卸载到海底,这不仅反映了晚第四纪冰期-间冰期旋回中北美冰盖的崩塌事件,还反映了波弗特环流的变化历史。粒度组分变化表明,细砂级组分主要来自于冰山或大冰块的搬运,因为其高值对应于IRD的高值,粉砂级组分可能主要来自于海冰的搬运,而黏土级组分主要由波弗特环流和雾状层所搬运。两个敏感组分(5～13和110～176μm)含量的变化呈现明显对称性分布,后者的变化对应于IRD的变化,前者可能指示了物源和沉积作用后期的影响。该孔MIS3-MIS1的沉积速率分别为2.2、0.16和1.6cm/ka,平均沉积速率约为1.2cm/ka。与北冰洋其他海区沉积速率资料对比显示,海冰边缘地区沉积速率较高,而永久性海冰覆盖区沉积速率低较。水深越浅,越靠近陆架物源区,沉积速率越高,纬度越高的门捷列夫-阿尔法脊和加拿大海盆区,沉积速率越低。     

楚科奇海盆M04柱晚更新世以来沉积古环境记录

对"中国第五次北极科考"采自楚科奇海盆的M04柱进行粒度、冰筏碎屑、黏土矿物、岩心XRF扫描、沉积物颜色分析,初步建立了楚科奇海盆晚更新世MIS4期以来的沉积地层框架。MIS4期以来,楚科奇海盆M04柱沉积物粒度和黏土矿物组成具有明显的冰期/间冰期变化特征,冰期沉积物粒度分布以双峰态为主,由洋流搬运和海冰搬运沉积组分组成,伊利石含量高、高岭石含量低;间冰期沉积物具有三峰态粒度分布特征,由海冰搬运、洋流搬运和冰山搬运沉积组分组成,伊利石含量低、高岭石含量高。通过M04柱黏土矿物组合类型与北冰洋边缘海盆的表层沉积物黏土矿物组合类型对比表明,晚更新世以来楚科奇海盆沉积环境发生显著变化:温暖的间冰期受波弗特涡流驱动,波弗特海为研究区的物源输入提供了主要贡献;寒冷的冰期表层环流呈反向输运,细颗粒物源碎屑以东西伯利亚海的输入为主。     

西北冰洋楚科奇海台晚第四纪以来陆源沉积物搬运机制及其古环境意义

通过对西北冰洋楚科奇海台的ARC7-P12岩心的沉积物颜色旋回、XRF-Ca和Mn元素相对含量,有孔虫丰度,粗组分含量,粒度组成及其端元的综合分析,并与该地区其他沉积物岩心对比,将ARC7-P12岩心划分为深海氧同位素(Marine Isotope Stages,MIS)5期以来的沉积序列。该岩心的粒度端元分析结果显示,该岩心峰态中值2和9μm组分的端元分别代表由雾状层和底流搬运的沉积物;峰态中值为30以及110μm组分的端元代表海冰以及冰山搬运的沉积物。MIS 5以来的冰消期和间冰期,由于海冰和冰山融化以及海域开阔,沉积物主要由海冰以及冰山搬运,粗组分含量显著升高。冰期由于海冰覆盖,冰盖的生长和阻挡,以及表层洋流减弱,底流和雾状层搬运相对增强,细颗粒沉积物增加。     

楚科奇海陆坡ARC5-M06柱样晚更新世以来黏土矿物组成变化的古环境意义

对中国第5次北极科学考察采自楚科奇海陆坡的ARC5-M06柱样进行粒度、冰筏碎屑、碎屑矿物、黏土矿物、岩心XRF扫描、沉积物颜色分析,初步建立了楚科奇海陆坡晚更新世MIS3期以来的沉积地层框架。ARC5-M06柱黏土矿物组合类型为伊利石(66%)-绿泥石(22%)-高岭石(9%)-蒙皂石(3%)组合,与北冰洋边缘海表层沉积物黏土矿物组合类型对比表明,MIS3期以来楚科奇海陆坡除MIS3期晚期黏土矿物陆源主要来自北美大陆的加拿大马更些河入海物质及少量太平洋水团携入的北美育空河入海物质外,其他时期均主要来自于东西伯利亚海的输入;自MIS2末次盛冰期以来,陆坡与海盆的黏土矿物源区发生了改变,陆坡主要来自于东西伯利亚海的输入,海盆主要来自于北美大陆物源输入,受波弗特海的输入影响较大。     

西北冰洋中更新世以来黏土矿物变化特征及其反映的洋流和冰盖演化

本文通过对中国第七次北极考察在西北冰洋阿尔法脊南部钻取的ARC7-LIC岩芯沉积物的XRF Ca/Al比值、冰筏碎屑和黏土矿物等研究,重建了中更新世以来研究区沉积物源和周边冰盖的演化历史。ARC7-LIC岩芯黏土矿物组合类型变化显示:深海氧同位素(MIS)29～13期黏土矿物组合主要以西伯利亚物源区为主,而MIS 12期以来以北美物源为主。黏土矿物组合的变化,反映中布容期前后洋流模式的改变。同时,MIS 12期高含量的蒙脱石可能来自北美物源。物源指标对比显示,劳伦冰盖在MIS 16期首次向西北冰洋大规模排泄冰山,并且从MIS 12期开始,西北冰洋周围冰盖的进退幅度增大。在MIS 6期、4期和3期,Ca/Al和高岭石含量的不协同变化指示北美冰盖的发育具有区域差异性,位于阿拉斯加北部和麦肯齐河流域的冰盖较班克斯岛?维多利亚岛一侧更发育,崩解的冰山能将高岭石带到研究区沉积下来。     

北极:机遇与挑战

<正>北冰洋有三条航道连接着东方和西方。东北航道的大部分航段位于俄罗斯北部沿海。从摩尔曼斯克出发,航行5620海里可向东穿过巴伦支海、喀拉海、拉普捷夫海、新西伯利亚海和楚科奇海5大海域,达到白令海峡和远东的符拉迪沃斯托克。西北航道大部分航段位于加拿大北极群岛水域,以白令海峡为起点,沿美国阿拉斯加北部海域向东,穿过加拿大北极诸岛,直到戴维斯海峡。北冰洋理论上还有一条穿越北极点航线:从白令海峡出发,不走俄罗斯或北美沿岸,直接穿过北冰洋中心     

晚第四纪南极阿蒙森海扇区冰盖与古生产力旋回变化

本文通过对阿蒙森海西北部陆隆AMS01岩心沉积物颜色、粒度及地球化学等多种指标分析,重建了该地区氧同位素9期(MIS9,大约距今34万年)以来冰盖与古生产力演变历史,结果表明:(1)岩心沉积物粒度与古生产力替代指标表现出明显的冰期–间冰期旋回变化特征;(2)MIS9、MIS7和MIS5等间冰期沉积速率较小,沉积物呈褐色,冰筏碎屑含量低,生源组分含量高,反映出该时期阿蒙森海地区气候温暖,冰盖发生了大规模退缩,冰盖–冰架–冰山等陆源冰对沉积物的影响减弱,海冰覆盖减弱,有利于浮游植物的生长和繁殖;(3)MIS8c、MIS8a、MIS6、MIS2等冰期沉积速率大,沉积物呈灰色,沉积物随之变粗,冰筏碎屑含量高,生源组分含量低,说明该时期冰盖大幅扩张,陆隆区成为近冰盖/冰架沉积环境,海冰和冰山密集,海洋生产力显著降低;(4)冰期、间冰期内,冰盖与古生产力也有不同程度的波动;特别是MIS8b期发育浅褐色间冰阶沉积,冰筏碎屑含量低,生产力水平与间冰期基本持平,说明阿蒙森海地区冰盖、海洋对气候变化的响应比东南极地区敏感。     

白令海和西北冰洋表层沉积物磁化率特征初步研究

为了准确解释环境磁学参数记录的极地古气候环境变化信息,本研究对白令海和西北冰洋61个站位的表层沉积物进行了高、低频质量磁化率(χ)、非磁滞磁化率(χARM)和磁化率-温度(k-T)分析,以探明该区沉积物中磁性矿物的种类、来源与搬运路径。结果显示,样品的χ具有明显的地域分布特征。白令海的χ值整体高于楚科奇海,并在育空河口外侧和圣劳伦斯岛南侧较高,向北和向西南方向逐渐减小。楚科奇海中东部陆架上表层沉积χ值高于阿拉斯加沿岸,而西北冰洋深海平原和洋脊区的χ值最低。χARM的变化趋势与质量磁化率相似,但频率磁化率的变化趋势与质量磁化率正好相反。k-T分析结果显示阿留申海盆沉积物中的铁磁性矿物以磁赤铁矿占主导,白令海陆架育空河口外侧和圣劳伦斯岛南北两侧为磁铁矿,白令海陆架西部和楚科奇海陆架中东部为磁赤铁矿和磁铁矿,楚科奇海阿拉斯加沿岸为黄铁矿,而西北冰洋陆坡、深海平原和洋脊区为胶黄铁矿和黄铁矿,但高纬度区沉积物中的胶黄铁矿含量更高。沉积物中磁性矿物的区域性分布受沉积物来源、洋流和底质环境等因素的控制。白令海和楚科奇海陆架磁赤铁矿来源于亚洲大陆,白令海陆架东部的磁铁矿来自育空河流域,阿拉斯加沿岸沉积物中的黄铁矿,应为阿拉斯加西北部陆源侵蚀来源的或早期成岩作用形成的,西北冰洋深海盆区的胶黄铁矿,为自生成因的。     

北冰洋西部表层沉积物中生源组分及其古海洋学意义

通过对中国首次和第二次北极科学考察在北冰洋西部所采取的66个表层沉积物中生源组分的分析,探讨了该海区表层生产力变化与水团的相互关系。楚科奇海西南部呈现出高的有机碳和生源蛋白石含量,而中部和东部哈罗德浅滩至阿拉斯加沿岸,以及楚科奇海台、北风脊和加拿大海盆表现出低的有机碳和生源蛋白石含量。楚科奇海陆架区表层沉积物以底栖有孔虫为主,丰度低;而楚科奇海台、北风脊和加拿大海盆则以浮游有孔虫占绝对优势,丰度较高。生源组分的分布特征显然与通过白令海峡进入楚科奇海的三股太平洋水和大西洋次表层水相关。楚科奇海西侧沿富营养的阿纳德尔流方向的区域呈现出高的表层生产力。而东侧受寡营养的阿拉斯加沿岸流及阿拉斯加西北沿岸陆源物质输入的影响,呈现出低的表层生产力。北纬75°以北及加拿大海盆受海冰覆盖影响,也表现出最低的表层生产力。而受北大西洋次表层水的影响,楚科奇海陆架外侧高纬海域表现出较高的钙质生物生产力。表层沉积物中Corg/N比值及其分布反映楚科奇海表层沉积物中的有机碳以海洋自身来源为主,且主要受生物泵过程控制。有机碳和生源蛋白石含量呈现高的正相关关系,说明硅藻等浮游植物的初级生产力可能控制着生物泵对碳的吸收和释放。     

2003年夏季西北冰洋浮游动物群落结构和地理分布研究

根据西北冰洋43个调查站位的浮游动物种类组成和数量资料,分析了浮游动物的群落结构和地理分布特征,探讨了浮游动物群落与环境因子的关系.结果表明,在调查区域存在三种不同的浮游动物群落类型:楚科奇海台和加拿大海盆地区的高纬度深海群落;楚科奇海中部的陆架群落;阿拉斯加沿岸和楚科奇海北部的沿岸过渡群落.深海群落浮游动物数量较少,...     

末次间冰期以来门捷列夫洋脊南部冰盖对细颗粒沉积的控制作用

门捷列夫洋脊南部的粘土矿物沉积具有明确的物源,为追踪该区沉积环境的演变提供了良好的条件。末次间冰期以来,ARC7-E23孔中的粘土矿物记录表现出了非常显著的变化。结合沉积物粒度的端元组份和冰阀碎屑沉积,粘土矿物的变化模式表明,东西伯利亚冰盖(ESIS)的规模可能是控制细颗粒沉积的主要因素。在氧同位素2期(MIS2)和4期(MIS4),门捷列夫洋脊南部可能被ESIS所覆盖,几乎阻挡了所有来自加拿大和拉夫贴夫海陆架的沉积物,但允许大量来自东西伯利亚海陆架的细粒沉积物输入。只有当ESIS消融后,波弗特环流和越极流的相对强度以及搬运作用才成为了控制远源沉积物输入的主要因素。MIS3期的气候条件似乎最适合远源沉积物的输入,不仅提高了表层环流的流通性,也提供了足够多的搬运介质。     

更新世北极陆架的古地理和冰川作用

本文探讨了晚更新世高纬度北极陆架古地理的两个主要方面：一是末次间冰期（在不同地区该间冰期被称为伊姆、桑加门、米库林、喀山时期）该区形成的环境;另一为末次冰期最盛时期的环境,其中包括陆架的范围和特征（略）。对大部分欧亚北极区的陆架和沿岸地带来说,米库林沉积层是基准层。它们在巴、伦支海盆、喀拉海、东西伯利亚海和楚科奇海的剖面已经进行过研究。巴伦支海米库林沉积层为若干相组,其中有开放陆架的沉积层（深海的）,后者见于海洋中部由钻探船“硬沸石”号（AMMffi）施工的钻孔中。在我们研究的26号钻孔中,米库林沉积…     

西北冰洋表层沉积物中的底栖有孔虫组合及其古环境意义

通过对中国第1~4次北极考察在西北冰洋采集的表层沉积物中底栖有孔虫丰度及其优势种分布特征与环境因素关系的综合研究发现,楚科奇海区低的底栖有孔虫丰度主要受较高的陆源物质输入的稀释作用影响;楚科奇海台和阿尔法脊较高的底栖有孔虫丰度主要受到暖而咸的大西洋中层水的影响;受碳酸钙溶解作用影响的门捷列夫深海平原和加拿大海盆底栖有孔虫丰度较低,并且水深3 597 m的站位出现了似瓷质壳的Pyrgo williamsoni和Quinqueloculina orientalis,说明该区的CCD深度大于3 600 m。根据底栖有孔虫7个优势属种的百分含量分布特征可以划分出5个区域组合:南楚科奇海陆架-白令海峡组合以优势种Elphidium excavatum和Buccella frigida为特征,可能反映受白令海陆架水影响的浅水环境;阿拉斯加沿岸-波弗特海组合以优势种Florilus scaphus和Elphidium albiumbilicatum为特征,可能反映受季节性海冰融化,低盐的阿拉斯加沿岸流以及河流淡水输入的低盐环境;大西洋中层水组合以优势种Cassidulina laevigata为特征,可能反映高温高盐的大西洋中层水影响的环境;北极深层水组合以优势种Cibicides wuellerstorfi为特征,可能反映水深大于1 500 m低温高盐的北极深层水环境;门捷列夫深海平原组合以优势种Oridorsalis umbonatus为特征,可能反映低营养的底层水环境。     

西北冰洋北风脊氧同位素5期以来的水体结构变化:来自有孔虫组合及其氧碳同位素的证据

通过分析采集自北风脊的ARC3-P37岩心中有孔虫组合和浮游有孔虫氧碳同位素的变化,旨在反映深海氧同位素(MIS)5期以来西北冰洋水团和洋流系统对气候变化的响应。ARC3-P37中有孔虫丰度的大量增加可能反映了北太平洋水向西北冰洋的输入。有孔虫组合中浮游有孔虫Neogloboquadrina pachyderma(sin.)(Nps)占90%以上。底栖有孔虫组合以深水种Cibicidoides wuellerstorfi和Oridorsalis umbonatus为主,反映了主要受北极深层水和底层水影响的沉积环境,冷期大西洋水种Cassidulina neoteretis的出现反映了中层水下沉。Nps-δ13 C总体来说在暖期较重,反映较高生产力和海汽交换。而Nps-δ18 O受其生活习性迁移、水温变化、盐跃层深度变化、融冰作用的影响复杂多变,总体在冷期偏重,反映海冰环境,但在受融冰影响阶段反映为轻值。在MIS3期褐色层B2b之上,MIS1和MIS3期的Nps-δ18 O受到海水变暖和融冰水影响偏轻;而在B2b及其下部,暖期Nps-δ18 O偏重可能反映了盐跃层变浅和Nps生活习性向深部迁移。     

白令海及西北冰洋有机质来源与新鲜程度的脂肪酸指示

白令海、西北冰洋等高生产力海域在北冰洋“生物泵”中起到重要作用;海水升温、海冰消退等北极快速变化,将强烈影响该海域“生物泵”的结构与规模,并在沉积物中有机质的来源与新鲜程度上有所体现,可用脂肪酸加以指征。对第五次、第六次中国北极科学考察在以上海域采集的表层沉积物进行脂肪酸含量（以沉积物干重计）及组成分析,结果显示楚科奇海陆架总脂肪酸含量非常高((97.15± 55.31) μg/g),白令海盆最低((15.00±1.30) μg/g),加拿大海盆、楚科奇海陆坡、白令海陆架居中(分别为(88.65 ± 3.52) μg/g,(70.35±11.32) μg/g与(38.28±14.89) μg/g)。海源脂肪酸占总脂肪酸比例最高(86.82%±7.08%),陆源次之(8.45%±6.62%),细菌最低(4.63%±2.24%);硅藻指数(16:1ω9/16:0)在楚科奇海陆架(> 0.82)、白令海陆架边缘(> 0.65)较高,其他区域均较低。脂肪酸结果表明:(1) 该海域沉积有机质主要来自海源,陆源贡献小;在北部、南部楚科奇海陆架、白令海陆架边缘,硅藻生物量占主要优势;细菌脂肪酸比例显著低于温暖海域,指示低温抑制细菌活动。(2) 楚科奇海陆架区硅藻生产力高、细菌活动弱,新鲜有机质沉降效率高,但对未来海水升温、浮游植物群落变化也较为敏感。(3) 加拿大海盆、楚科奇海陆坡的浮游植物群落由绿藻与金藻主导。以上结论说明脂肪酸可指示表层沉积物中有机质的来源与新鲜程度;未来,脂肪酸有望进一步揭示北冰洋“生物泵”对北极快速变化的响应。     

西北冰洋表层沉积物黏土矿物分布特征及物质来源

西北冰洋表层沉积物黏土矿物分析结果显示其黏土矿物组成的区域分布和变化具有明显的规律性:从楚科奇海到北冰洋深水区,随着水深的增加,蒙皂石和高岭石含量增高,绿泥石和伊利石含量降低。自西往东,伊利石结晶度值降低,化学指数升高。根据Q型聚类分析获得的黏土矿物组合特征,结合周缘陆地的地质背景、河流及洋流情况,对研究区进行了黏土矿物组合分区,讨论了其黏土矿物来源。楚科奇海表层沉积物黏土矿物组合在靠近阿拉斯加一侧海域以Ⅰ类为主,靠东西伯利亚海一侧主要有Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类,中部主要为Ⅵ类,主要是西伯利亚和阿拉斯加的火山岩、变质岩以及一些含高岭石的沉积物以及古土壤等,经风化、河流搬运入海,在北太平洋的3股洋流及西伯利亚沿岸流的作用下沉积形成的。西北冰洋深水区表层沉积物的黏土矿物组合以Ⅰ类和Ⅴ类为主,表明其沉积物来源为欧亚陆架和加拿大北极群岛周缘海域的海冰沉积和大西洋水体的搬运以及加拿大马更些河的河流物质输入。     

加拿大的气体水合物的分布和储量

气体水合物是由天然气和水组成的固状物质 ,广泛分布于加拿大极地和大陆架地区以及外陆架边缘的沉积物中。虽然水合物的直接标志很少并且分散 ,但是有些环境有利于气体水合物的形成和保存 ,如永冻区或深海之下的低温环境 ,这些条件与适当的地质条件结合起来益于气体水合物的生成和储集 ,加拿大此类地区面积很大 ,表明那里许多沉积盆地的上部２ｋｍ深处含有巨大的天然烃气储量。我们对加拿大大陆和北冰洋永冻区的气体水合物潜力（北方的马更些三角洲—波弗特海和北冰洋半岛以及加拿大大西洋边缘和加拿大太平洋边缘的戴维斯海峡、拉布拉多陆架…     

350ka以来北冰洋波弗特环流演变及其沉积响应

波弗特环流(Beaufort Gyre)是 决定北冰洋海冰运移方向和滞留时间的主要因素。依据沉积物的颜色旋回、Mn元素含量和有孔虫丰度,本文建立了阿尔法洋脊(Alpha Ridge)B85-D孔轨道尺度上的年龄框架,并深入分析了该孔晚第四纪以来冰筏碎屑(IRD>154 μm)含量、组分及其源区的变化特点。结果表明,350ka以来最显著的变化发生在末次冰期(MIS2~4期),期间沉积物中Ca元素和白云石含量都接近于零,大部分来自班克斯岛、维多利亚岛和麦肯齐地区的碳酸盐岩碎屑没有在阿尔法洋脊沉积;随着波弗特环流的消亡,搬运陆源碎屑的海冰很可能沿着北美海岸线直接进入了欧亚海盆。而在末次间冰期(MIS5期),波弗特环流却十分流畅,并将大量碳酸盐岩碎屑限制在美亚海盆内,导致阿尔法洋脊沉积物中Ca元素含量急剧升高,与之对应的白云石含量高达16.4%。通过类比可知,在MIS6期波弗特环流的状态可能与MIS2~4期相似,而在MIS8和MIS10这两大冰期,波弗特环流却类似于MIS5期。显然,波弗特环流的存在与否并不严格遵循“冰期-间冰期”旋回,这种变化很可能是风场强度和海冰浓度双重作用的结果。     

亚北极鄂霍次克海晚第四纪冰海沉积作用与水团变化历史

亚北极鄂霍次克海是全球重要的碳汇之一,也是北太平洋中层水的主要源区,研究晚第四纪鄂霍次克海古环境变化及其影响因素对于理解亚极地海洋对气候变化的响应有重要意义。本文对鄂霍次克海南部科学院海隆ARC2-T00岩芯进行了粗组分、坠石、有孔虫丰度和CaCO_3含量的统计与分析、底栖有孔虫Uvigerina spp.氧碳同位素测试等,并基于其底栖有孔虫Uvigerina spp.-δ_(18)O和深海氧同位素曲线LR04-δ_(18)O与相邻站位OS03-1 Uvigerina spp.-δ_(18)O的对比,建立了该岩芯的地层年代框架。该研究表明,在MIS 6—MIS 2的大部分时期,鄂霍次克海南部主要沉积动力为西风、洋流及海冰;风尘堆积速率的变化指示西风带在冰期增强,间冰期减弱;海冰沉积堆积速率的变化表明,在冰期或冰段,海冰沉积受当时季节性海冰沉积中心带所处位置的影响较大;海冰和水团指标变化显示,鄂霍次克海南部此时为季节性海冰覆盖,鄂霍次克海中层水上部生成增强,中层水下部的盐度变化可能与宗谷暖流前伸体的输入、海冰形成析出的卤水下沉和太平洋深层水的侵入有关。     

北极归来话科考

<正>76天·90多个站位·11858海里第六次北极科学考察是"南北极环境综合考察与评估"专项(以下简称南北极专项)实施以来进行的第二个北极科考航次。考察海域主要位于北冰洋太平洋扇区,具体包括白令海盆、白令海陆架、楚科奇海、楚科奇海台和加拿大海盆等海域。考察海域海底地形起伏较大,既有平坦的陆架浅水区,也有地形变化复杂的海山区,更有水深超过3000米的深水洋盆。本次科考共历时76天,总航程约11858海里(22000千米),总航时1201小时,其中浮冰区总航程2586海里(约4800千米)。现场考察