南海北部一百万年以来的表层古生产力变化：来自ODP1144站的蛋白石记录

通过南海北部ODP 1144站蛋白石含量测定及其堆积速率的计算,并结合氧同位素记录等相关资料,获得南海北部1050ka以来高分辨率的表层古生产力变化与冰期旋回和东亚季风的关系。约900ka以来,蛋白石含量及其堆积速率较900ka以前明显增加,反映了“中更新世革命”事件之后,全球气候变冷,并导致表层生产力的提高。由于第四纪冰期旋回中的冬、夏季风的加强,加上1144站特殊的地理位置,使该站在冰期时表层生产力增加,间冰期时表层生产力降低。浮游有孔虫氧同位素记录与蛋白石含量及其堆积速率的时间序列频谱分析结果显示,三者均出现了相对应的偏心率周期、斜率周期和岁差周期,说明该站表层生产力的变化主要受地球轨道周期的驱动。     

中更新世转型时期南海北部上层水体结构演化特征——ODP1146站浮游有孔虫稳定同位素记录

文章以南海北部ODP1146站沉积物岩芯为研究材料,利用浮游有孔虫次表层水种Pulleniatina obliquiloculata壳体的氧、碳稳定同位素,结合该站位浮游及底栖有孔虫氧碳同位素数据,分析中更新世以来南海北部上层水体结构的演化。1.2 Ma以来ODP1146站P.obliquiloculata壳体δ^18O的变化可分3个阶段:1)1.2~0.9 Ma,冰期-间冰期变化幅度较小、主导周期为41 ka斜率周期;2)0.9~0.6 Ma,冰期旋回变化幅度逐渐增强、100 ka偏心率周期开始强化;3)0.6 Ma以来,冰期旋回呈现稳定且幅度较大的100 ka周期变化。0.9 Ma以来南海北部上层海水δ^18O的冰期旋回变幅增强,可能反映东亚冬季风在0.9 Ma之后显著强化。其中,表层水体δ^18O只在冰期变幅增强,P.obliquiloculata所反映的次表层水体δ^18O的变化幅度在冰期和间冰期都显著增强。约0.9 Ma浮游和底栖有孔虫δ^18O的100 ka周期几乎同时显现;但在0.9~0.6 Ma时期P.obliquiloculata的δ^18O偏心率周期更为显著、斜率周期的强度也更高。因此,冰期旋回周期转型及幅度变化两方面的证据共同反映温跃层结构演化在南海北部中更新世转型(MPT)气候转变过程中的特殊性。1.2 Ma以来ODP1146站P.obliquiloculata的δ^13C在0.02 Ma、0.49 Ma和0.99 Ma左右呈明显的碳重值,同时表层种-次表层种之间的δ^13C差值减小到近于0,可以解读为碳重值事件期间南海北部生产力相对减弱。     

末次冰期以来南海北部下陆坡区沉积有机质地球化学特征及其意义

选取南海北部下陆坡-深海平原过渡带典型沉积柱状样,通过对其沉积有机质的整体有机地球化学特征进行表征,探讨了南海下陆坡-深海平原区沉积有机质在冰期/间冰期旋回中的赋存状态、来源变化以及与古气候环境之间的相应关系。结果表明,总有机碳（TOC）、总氮（TN）和有机质稳定碳同位素（δ13Corg）与冰期/间冰期旋回有明显的对应关系,冰期时对应高值,间冰期时对应低值;而有机质稳定氮同位素（δ15N）表现为全新世时其值偏低,末次冰消期其值偏高,与气候旋回没有相关性; C/N值和δ13Corg值都表明南海北部下陆坡沉积有机质来源是陆相和海相的混源,且在末次冰期/间冰期尺度上主要以海相来源为主。     

南海北部海水氧同位素剩余值在冰期-间冰期气候旋回中的变化及其古气候意义

氧同位素剩余值(Δδ)是指从浮游有孔虫氧同位素中扣除温度和全球冰量效应后得到的剩余值,它一般被用作海水古盐度变化的代用指标。文中给出了南海北部三个柱状样在氧同位素6期至5期(MIS6-5)和MIS2-1期间Δδ的变化曲线。末次冰期与全新世和倒数第二次冰期与末次间冰期的对比表明,Δδ在冰期比随之而来的间冰期低。冰期海平面下降和海岸线前移可能是冰期Δδ及盐度相对降低的原因。但在定量了解海平面下降、珠江口前移及现代盐度的分布情况后,笔者否定了海平面下降对Δδ变化的主要影响。因此,冰期南海地区降水相对增大和气候变湿可能是导致冰期Δδ偏低的主要原因。末次间冰期与全新世相比,Δδ明显增大,表明海水盐度增加。这可能与末次间冰期期间由于表层海水温度较高,厄尔尼诺事件频繁和海水蒸发量较大有关。     

南海深水区晚更新世以来沉积速率、沉积通量与物质组成

通过调查所获得柱样沉积物氧碳同位素测年资料及多学科综合分析表明,晚更新世以来南海沉积速率和沉积通量具有以下几个特征 :(1)总体上为间冰期沉积速率低、冰期沉积速率高,冰期沉积速率是间冰期沉积速率的 1.3～ 1.6倍;(2 )南海沉积速率趋势面分析表明,氧同位素 1期东北陆坡和西南陆坡沉积速率高,氧同位素 2、3期沉积速率分布特征相似,与 1期有所不同,东北陆坡沉积速率高于西南陆坡,表明氧同位素 2期之后,南海的沉积环境发生明显的改变,造成上述沉积速率分布的主要控制因素是南海周围的河流分布、季风、海流等;(3)南海东部沉积通量与物质组成分析表明,末次冰期以来沉积总通量北部陆坡区明显高于深海区,前者是后者 2～ 3倍,并有自北向南逐渐降低的趋势;(4)硅质生物沉积通量冰期明显高于间冰期,末次冰期以来东北部陆坡区的硅质生物沉积通量最高,末次冰期之前恰好相反,深海盆高于陆坡区;(5 )末次冰期以来,陆源沉积约占南海东部海域沉积的 4 4 %以上。     

第四纪气候变化机制研究的进展与问题

自从20世纪50年代海洋沉积氧同位素记录被揭示以来,经典的陆地4次冰期理论被新的认识所取代,人们发现第四纪以来冰期—间冰期旋回远远不止4次,并且从深海沉积和陆地黄土获取的古气候变化记录与地球轨道参数变化可以对比,为揭示第四纪古气候变化机制构建了明确的框架。近年来有关末次冰期不稳定气候事件的揭示也为深入认识古气候变化特征提供了新的证据。然而冰期—间冰期旋回机制、南北半球在冰期—间冰期循环过程中的耦合机制以及气候不稳定事件发生机制仍然是困扰古气候研究者的重大问题。     

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.     

南海与台湾岛东部海域浅地层碳酸盐旋回

前人提出南海晚第四纪碳酸钙含量变化存在“大西洋型”和“太平洋型”两种基本类型,本文利用δ¹⁸O、CaCO₃含量、Al₂O₃含量、SiO₂含量、浮游有孔虫丰度及钙质超微化石丰度,来表征南海与台湾东部海域13个柱状样的碳酸盐旋回特征。CaCO₃含量和SiO₂含量通常是表征碳酸盐旋回的良好指标,二者的变化常呈相互消长关系。研究区碳酸盐旋回包括“大西洋型”和“太平洋型”两种标准型式,但也存在不规则形态。“大西洋型”碳酸盐旋回与海平面冰期-间冰期升降旋回密切相关,本文研究的具有该旋回特征的柱状样主要分布在南海水深3000 m以浅区域,其中南海北部碳酸盐旋回很可能伴随着海平面下降（上升）期间富集陆源较粗（细）颗粒物的过程。“太平洋型”碳酸盐旋回在南海现今碳酸钙溶跃面上下很大水深范围都有分布,碳酸钙溶解作用旋回不是“太平洋型”碳酸盐旋回的根本原因。本文研究的台湾东部海域柱状样碳酸盐旋回既不属于大西洋型,也不属于太平洋型。研究区浅地层沉积速率变化与碳酸盐旋回的型式关系不大,主要受控于水深和冰期旋回中海平面变化。随着水深增大,沉积速率趋于增加。MIS2期平均沉积速率大约是MIS1期平均沉积速率的2倍多。     

南海北部ODP 1144站中更新世气候转型期有孔虫稳定同位素古气候意义

中更新世气候转型期是第四纪古气候研究的一个特殊时期。利用大洋钻探ODP 184航次在南海北部钻取的1144站时间分辨率高达约290年的沉积物样品，开展中更新世气候转型期古气候变化的研究。在中更新世距今80~100万年前，浮游和底栖有孔虫壳体的稳定氧碳同位素变化揭示出，中更新世气候转型中心，即中更新世革命0.9 Ma左右，南海北部表层海水温度的降低和降水量的增加指示东亚冬、夏季风增强。以中更新世革命为界，水体垂向结构上温跃层和营养跃层的深度从之前的间冰期较浅转变为之后的间冰期较深，底层水与表层水的垂直温度梯度从冰期时较大转变为冰期时较小。轨道尺度上，冰消期时南海北部的表层水、次表层水和底层水的变化几乎是同时发生的，不存在超前或滞后的相位差。千年尺度上，有孔虫的氧碳同位素变化都呈现出非常明显的约0.8 ka和约1.4 ka的气候波动周期。氧同位素0.8 ka滤波显示出：在中更新世气候转型期，较强的信号主要出现在间冰期，有时也出现在冰期，与晚第四纪千年尺度气候波动主要出现在冰期不同，说明中更新世的气候转型不仅表现在轨道尺度的气候周期变化上，同时也体现在千年尺度气候波动的特征变化中。      

苏北盆地末次间冰期以来的气候变化记录

通过对苏北盆地 XH1 钻孔上部 25 m 沉积岩心的研究,重建了苏北盆地末次问冰期以来的气侯环境变化.根据对苏北盆地 XH1 钻孔岩心地层年代、质量磁化率、孢粉的研究,可以较为清晰地划分出末次间冰期--深海氧同位素 5 阶段(25.0～16.5 m)、末次冰期早冰阶--深海氧同位素 4 阶段(16.5～12.5 m)、末次冰期间冰阶--深海氧同位素 3 阶段(12.5～9.5m)、末次冰期冰盛期--深海氧同位素 2 阶段(9.5～5.8 m)、冰后期--深海氧同位素 1 阶段(5.8～0 m).XH1 钻孔记录与深海沉积物氧同位素和古里雅冰心氧同位素的对比研究表明,它们之间有着较好的一致性,但苏北盆地 XH1 钻孔记录与我国西部古里雅冰心记录更为相似,这可能揭示了气候环境变化在全球背景下的区域性特征.     

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。     

Palaeogeographical changes in response to glacial–interglacial cycles,as recorded in Middle and Late Pleistocene seismic stratigraphy,southern North Sea

Offshore stratigraphic records from the North Sea contain information to reconstruct palaeo-ice-sheet extent and understand sedimentary processes and landscape response to Pleistocene glacial–interglacial cycles. We document three major Middle to Late Pleistocene stratigraphic packages over a 401-km² area (Norfolk Vanguard/Boreas Offshore Wind Farm), offshore East Anglia, UK, through the integration of 2D seismic, borehole and cone penetration test data. The lowermost unit is predominantly fluviatile [Yarmouth Roads Formation, Marine Isotope Stage (MIS) 19–13], including three northward-draining valleys. The middle unit (Swarte Bank Formation) records the southernmost extent of tunnel valley-fills in this area of the North Sea, providing evidence for subglacial conditions most likely during the Anglian stage (MIS 12) glaciation. The Yarmouth Roads and Swarte Bank deposits are truncated and overlain by low-energy estuarine silts and clays (Brown Bank Formation; MIS 5d–4). Smaller scale features, including dune-scale bedforms, and abrupt changes in cone penetration test parameters, provide evidence for episodic changes in relative sea level within MIS 5. The landscape evolution recorded in deposits of ~MIS 19–5 are strongly related to glacial–interglacial cycles, although a distinctive aspect of this low-relief ice-marginal setting are opposing sediment transport directions under contrasting sedimentary process regimes.     

中国南海沉积物中有孔虫的氧同位素研究

317-82-25和NS86-43孔岩芯分别取自南海北部和南海南部海底表层沉积物,V24-134孔岩芯取自菲律宾东苏禄海。通过对浮游有孔虫Pulleniatina obliquiloc(?)-late、Globorotalia menardii 和Neogloboquadrina dutertrei 的氧同位素分析,建立了氧同位素阶段,表明约60000年以来南海沉积物中有孔虫的氧同位素变化与世界各大洋相似,但有较大的变化幅度。这种差异可能是南海海水温度在冰期—间冰期较大幅度变化的结果。南海沉积速率明显大于远洋沉积速率,说明南海沉积物主要是陆源的。     

鄂霍次克海南部OS03-1岩心MIS6期以来的沉积记录及其古环境意义

通过对取自鄂霍次克海南部的柱状岩心OS03-1的古海洋学研究,包括浮游有孔虫壳体AMS14C测年、底栖有孔虫壳体δ18O分析、蛋白石含量测定、有机碳含量测定、浮游有孔虫组合、冰筏碎屑含量变化、沉积物粒度分析等内容,建立鄂霍次克海OS03-1岩心年代地层学框架,分析该海区古表层海水温度、古生产力变化,并研究其古环境意义。结果表明,Neogloboquadrina pachyderma(sin.)百分含量变化曲线与Globigerina bulloides百分含量变化曲线呈很好的负相关性,与氧同位素曲线对比显示,两者均可作为该海区古温度替代性指标;浮游有孔虫绝对丰度、蛋白石含量、有机碳含量变化显示,研究区古生产力水平整体表现为间冰期较高、冰期较低;冰筏碎屑和沉积物粒度特征指示,鄂霍次克海南部间冰期陆源粗颗粒百分含量较冰期高。     

Late Quaternary glacial–interglacial variations in sediment supply in the southern Drake Passage

Geochemical characteristics of marine sediment from the southern Drake Passage were analyzed to reconstruct variations in sediment provenance and transport paths during the late Quaternary. The 5.95 m gravity core used in this study records paleoenvironmental changes during the last approximately 600 ka. Down-core variations in trace element, rare earth element, and Nd and Sr isotopic compositions reveal that sediment provenance varied according to glacial cycles. During glacial periods, detrital sediments in the southern Drake Passage were mostly derived from the nearby South Shetland Islands and shelf sediments. In contrast, interglacial sediments are composed of mixed sediments, derived from both West Antarctica and East Antarctica. The East Antarctic provenance of the interglacial sediments was inferred to be the Weddell Sea region. Sediment input from the Weddell Sea was reduced during glacial periods by extensive ice sheets and weakened current from the Weddell Sea. Sediment supply from the Weddell Sea increased during interglacial periods, especially those with higher warmth such as MIS 5, 9, and 11. This suggests that the influence of deep water from the Weddell Sea increases during interglacial periods and decreases during glacial periods, with the degree of influence increasing as interglacial intensity increases.     

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。     

渤海南部莱州湾晚更新世以来沉积演化特征

晚更新世以来渤海南部莱州湾发生了3次重要海侵-海退事件及沉积演化过程,渤海南部多源河流三角洲对莱州湾沉积环境改变作用明显。本文选择莱州湾剖面进行沉积地层对比,结合调查资料和测试数据,初步建立莱州湾沉积地层格架,分析晚更新世以来莱州湾沉积演化过程。研究发现,渤海南部中小河流与黄河泥沙为莱州湾沉积物的共同物质来源,二者在不同阶段分别对莱州湾沉积演化起主导作用。提出本区沉积地层具有分期性、分段性和相关性规律。在124.6~72.0 ka B.P.,60.0~24.4 ka B.P.和10.2~4.0 ka B.P.出现过3次暖湿期,分别对应沧州海侵、献县海侵和黄骅海侵,主要发育滨浅海相沉积,向南退积为三角洲/潮坪—河流沉积;由陆向海,短源河流沉积贡献降低,黄河沉积贡献增加。在72.0~60.0 ka B.P.和24.4~10.2 ka B.P.出现2次冷干期,分别对应玉木早冰期和玉木晚冰期,河流相发育,三角洲进积。受海陆交互作用影响,晚更新世以来渤海南部莱州湾大致经历了浅海相—三角洲—潮坪—浅海相—三角洲—陆相的沉积演化。     

南海北部陆坡ODP 1144站位第四纪硅藻及其古环境演变

中国南海北部陆坡ODP 1144站位硅藻植物群的研究，建立了西太平洋边缘海一个新的中更新世晚期以来的硅藻生物地层图式，根据硅藻化石中具有指示意义的硅藻种的分布和生态变化（暖水种和冷水种），划分了8个硅藻组合带，其硅藻组合带分别在不同的高低海面环境下形成的，根据ODP1144站位氧同位素（OIS）测定结果，8个硅藻组合带与OIS 1－8期相对应。1、3、5、7硅藻组合带相当于OIS1、3、5、7期，间冰期是以热带和亚热带硅藻占优势，其中冷期出现大量的沿岸硅藻为特征，反映高海平面温暖的气候条件；2、4、6、8硅藻组合带相当于OIS2、4、6、8期，冰期是以亚热带，热带和出现较多冷水硅藻为特征，反映低海平面较冷气候条件，硅藻丰度值的变化与冰期和间冰期有关，可以证实间冰期时期高的海平面和较低的生物生产力以及冰期时低的海平面和高的生物生产力，而生物生产力的变化又与沉积时期沿岸流或上升流的强弱及水团活动有密切关系，进而揭示该区古海洋环境的演化与季风强弱之间的内在关系。     

Paleoceanographic changes of surface and deep water based on oxygen and carbon isotope records during the last 130 kyr identified in MD179 cores,off Joetsu,Japan Sea

We reconstructed the paleoenvironmental history of surface and deep water over the last 130 kyr from oxygen and carbon isotope ratios of planktonic and benthic foraminifera in two cores (MD179-3312 and MD179-3304) from the Joetsu Basin, eastern margin of the Japan Sea. Our data showed that paleoceanographic changes such as influx of surface currents and vertical circulation were associated with global glacial–interglacial sea level change. Surface water conditions were influenced by the influx of Tsushima Current, East China Sea coastal or off-shore waters through the Tsushima Strait during interglacial or interstadial stages, and strongly affected by freshwater input during the glacial maximum. During interglacial maximums such as Marine Isotope Stages 1 and 5e, development of well-oxygenated bottom water was indicated. A density-stratified ocean with weak ventilation was inferred from the isotopic records of benthic foraminifera during the Last Glacial Maximum. Local negative excursions in carbon isotopes during deglacial or interglacial periods may suggest the dissolution of gas hydrates or methane seep activities.