中更新世气候转型期西太平洋暖池的表层海水温度和氧同位素变化

通过对大洋钻探(ODP)第130航次807站A孔井深12.54～16.38m沉积物中浮游和底栖有孔虫的稳定同位素δ18 O以及浮游有孔虫壳体的Mg/Ca测试,揭示了中更新世气候转型期(800～1 000kaBP)西太平洋暖池表层海水温度和氧同位素的变化。研究发现,中更新世时期ODP 807站的表层海水温度在25.1～30.9℃之间浮动,平均为28.4℃,接近现代暖池区实测温度值,冰期/间冰期之间的温度差值在1.5～5℃左右,与晚第四纪时的温差相近;同时,表层海水温度和底栖有孔虫氧同位素呈现同步变化的趋势,没有明显的超前或滞后的相位关系,区别于前人在暖池区的研究结果。间冰期时,表层海水温度上升伴随着温跃层变深、盐度降低,与现代西太平洋暖池La Ni珘na状态类似;冰期时则类似于El Ni珘no状态。中更新世气候转型期,西太平洋暖池的表层海水温度、温跃层深度变化受低纬热带驱动影响,都显示出强烈的岁差周期(16.8ka),而底层水氧同位素更多受到高纬的影响。     

南海南部粉红色 Globigerinoides ruber 冰期旋回及影响因素

对南海南部ODP1143站氧同位素11-5e期大约2ka分辨率的粉红色Globigerinoides ruber进行分析,发现其冰期／间冰期旋回与代表全球冰量的底栖有孔虫氧同位素(δ^18O)的变化相反,即在间冰期时含量低,而冰期时高,与其他海区的记录相反。海水表层温度和温跃层深度转换函数结果以及碎壳率的变化显示,在一定的温度背景下,温跃层深度的变化可能是控制粉红色G．ruber冰期旋回的主要因素,而这段时期南海南部溶解作用的影响则不明显。     

西太平洋翁通-爪哇海台晚第四纪浮游有孔虫群与古温度变化

通过对翁通-爪哇海台ODP807站的浮游有孔虫进行定量分析,结合已有的氧、碳稳定同位素数据,揭示了晚第四纪赤道西太平洋表层海水温度及上部海水垂向结构的冰期／间冰期变化特征。研究表明,自530kaBP以来,西太平洋暖池区的表层海水温度(SST)和温跃层深度(DOT)都经历过显著的变化,其中年平均SST的冰期／间冰期变化幅度达4．2℃,DOT的波动范围更是超过100m,这进一步论证了西太平洋暖池的不稳定性。频谱分析还揭示出SST和DOT变化不仅具有典型的100ka冰期／间冰期旋回,还有热带地区特有的半岁差周期,说明研究区的古海洋学变化既有高纬驱动的作用,也有热带驱动的影响。     

早第四纪西太平洋底栖有孔虫群与大洋深层水环流演化的关系

选取赤道西太平洋ODP 807站位(3°36.42′N,156°37.49′E,水深2 803.8m,岩心长822.9m)26.27～43.02mbsf层段中的底栖有孔虫进行研究,以便了解早更新世2.5～1.6Ma BP时期古生产力和深水环流的变化。结果显示,这一时期底栖有孔虫堆积速率(BFAR)、表生种和内生种比值(E/I)、Uvigerina spp.百分含量和有机碳百分含量(TOC%)等替代指标反映了西太平洋古生产力总体上呈现冰期高、间冰期低的特点,而其中Bulimina alazanensis的丰度变化则相反,反映了该种有可能更适合温暖、低营养的底层水环境。2.5～1.6 MaBP时期底栖有孔虫在丰度上以Uvigerina spp.为主,指示了早更新世西太平洋深层水受北部水团的控制更强。     

南海南部NS93-5柱样揭示的晚第四纪以来的古海洋学特征

由南海南部海区NS93 - 5柱样的浮游有孔虫氧同位素地层学和浮游有孔虫分析结果获得的古环境参数 ,揭示了距今 1 90ka以来南部海区受西太平洋热带水的影响 ,以及南沙海区表层水和苏禄海变性水的变化历史 ;在末次盛冰期碳酸盐含量较低 ,但是碳酸盐含量的最低值出现在氧同位素 4期 ;表层水体的含氧量呈现为间冰期大于冰期 ,而古生产力的变化则为冰期大于间冰期 ;依据氧同位素和浮游有孔虫特征分析结果 ,建立了南部海区距今 1 90ka以来的古气候演变序列。     

赤道西太平洋暖池中更新世过渡期的古海洋变化

通过对大洋钻探(ODP)第130航次807站A孔上部约25 m样品中所含浮游有孔虫的定量统计和鉴定,结合转换函数及稳定同位素分析,揭示了第四纪近1.6 Ma以来冰期旋回中赤道西太平洋的表层海水温度和温跃层深度的变化,为研究西太平洋暖池的变动提供了重要依据。研究表明,西太平洋暖池冬季表层海水温度在第四纪的冰期旋回中变化幅度超过了5℃,而温跃层深度自1.6 Ma以来有所变浅,进一步论证了西太平洋暖池的不稳定性。通过对暖池区和南海及赤道东太平洋的比较,发现南海南部和暖池的海水在第四纪具有较好的连通性,而南海北部则受季风控制影响较大;同时,赤道东、西太平洋及南海,自1.6 Ma以来温跃层深度都有不同程度的变浅。研究中发现中更新世过渡期(MPT)在许多古海洋学指标中都是一条重要的分界线,以此为界,对0~0.9和0.9~1.6 Ma两个时间段的暖池冬季表层海水温度、表层与次表层种浮游有孔虫氧同位素差值与地球轨道参数ETP分别作交叉频谱分析,结果显示暖池在响应全球气候转型的同时也表现出了低纬特有的热带气候变化的特征。     

西太平洋暖池核心区MIS 7期以来的古生产力变化:类ENSO式过程的响应

对取自热带西太平洋暖池核心区的WP7岩心进行了底栖有孔虫和钙质超微化石研究。在利用氧同位素曲线对比和AMS14C测年数据进行地层划分的基础上,依据底栖有孔虫和钙质超微化石指标,分析了距今近250ka以来区域生产力和上层海水结构的演变特征,探讨了其控制因素和所指示的古海洋学意义。计算结果显示WP7岩心所在的暖池核心区约在距今250ka以来初级生产力在冰期(MIS6期、4期和2期)高,在间冰期(MIS7期、5期、3期和1期)低,表明该区古生产力在长的轨道时间尺度上受北半球高纬度冰量变动的影响。钙质超微化石下透光带属种Flori-sphaera profunda百分含量指示的温跃层深度变化表明冰期温跃层浅、间冰期温跃层加深,这说明类ENSO式变化导致的冰期—间冰期温跃层深度波动可能是MIS7期以来暖池核心区古生产力在冰期高而在间冰期显著降低的直接控制因素。     

东南极普里兹湾陆坡扇晚第四纪高分辨率地层年龄模式

地层年龄模式的建立是古海洋研究的基础,由于南大洋高纬度地区生物碳酸钙保存差,限制了有孔虫AMS14 C测年和氧同位素地层学方法的应用,需要寻找替代方法。通过中国第30次和29次南极考察航次在普里兹湾海域采集的ANT30/P1-02、ANT30/P1-03、ANT29/P5-03岩心的高分辨率磁化率扫描,XRF岩心元素扫描,结合浮游有孔虫AMS14 C测年等分析发现,Baxs的变化与冰期-间冰期气候变化具有很好的对应关系,是输出生产力的良好替代指标,其变化模式指示了气候变化。基于此,将这3个岩心中的Baxs与深海底栖有孔虫氧同位素标准曲线(LR04-δ18 O)进行对比,建立了高分辨率的地层年代模式。经过Baxs与LR04-δ18 O的交叉小波分析结果显示,两者在轨道周期上都具有显著的相关关系;同时,Baxs年龄模式与该岩心相对古地磁强度方法所建立的地层年龄模式相吻合,验证了该地层年龄模式的合理性和可靠性。根据ANT30/P1-02所建立的地层年代模式,普里兹湾陆坡扇晚第四纪沉积序列的平均沉积速率在0.15~4.76cm/ka之间,平均为1.18cm/ka。其平均沉积速率与ODP1167站位上部的平均沉积速率一致(1.00cm/ka)。该区沉积速率在冰期末期开始快速增高,在冰消期或间冰期初期时达到最高,之后又不断降低。冰消期沉积具一定的层理构造,而冰期和间冰期沉积无明显层理构造。普里兹湾陆坡扇晚第四纪沉积物磁化率与气候之间没有明确的响应关系,使用磁化率与冰心风尘相对比来建立地层年龄模式的方法不适用于该海域。     

中更新世撞击事件年龄的高分辨率估算

ODP 1146B孔位于南海北部陆坡，从孔深115．58～116．09 mcd之间厚51cm层段中采取沉积物样品46个，进行了微玻陨石分析。应用古地磁、氧同位素和生物等地层年代资料，计算了位于孔深115．90 mcd处微玻陨石层的年龄，其中依据磁性地层学事件的年代控制点计算得出的撞击年龄为792．6ka，微玻陨石年龄早于B／M界线12．6ka，晚于氧同位素20．2期约7ka，早于19．1期约5ka，表明中更新世撞击事件与全球冰期和间冰期发生及B／M界线磁场倒转并无明显的因果关系。     

西太平洋暖池核心区上新世以来浮游有孔虫氧同位素特征及古海洋变化

西太平洋暖池区作为驱动全球气候变化引擎,是近年来古海洋学尤其是古气候研究的热点。以南海大洋钻探ODP130航次807站浮游有孔虫的氧同位素值为材料,建立了西太平洋暖池核心区跨越4.5 Ma、分辨率达2~3 ka的天文年代标尺,通过浮游有孔虫表层种和次表层种的氧同位素的变化来分析温跃层、上部水体垂直结构的变化,结合频谱分析以及与地球轨道参数(ETP)的交叉频谱分析,研究始新世以来尤其是北极冰盖形成时期西太平洋暖池的演变及其对地球轨道驱动的响应,为全球气候环境演化提供科学依据。     

南海南部第四纪表层海水古生产力变化的钙质超微化石证据

深海沉积中的钙质超微化石是古海洋表层生产力的替代性标志之一。通过对南海南部ODP1143站第四纪沉积中超微化石分析，从绝对丰度和堆积速率、Florisphaera profunda百分含量及碳同位素三个方面探讨了该区第四纪表层海水古生产力的变化特征。结果显示，1．56Ma以来南海南部表层海水古生产力呈现两种不同时间尺度的变化。一是随冰期－间冰期旋回而变化，间冰期时，表层海水生产力高，而冰期时则降低；另一种则是大约40万年的长周期变化，自1．56Ma以来，可以分成四个大的旋回，每个旋回内表层海水古生产力又经历了从低到高再到低的变化。     

南海北部神狐海域晚末次冰期以来有孔虫特征及其对古海洋环境的指示

南海北部陆坡有大量高分辨率沉积记录,对研究全球变化响应及驱动机制有着举足轻重的作用。本研究选取南海北部神狐海域2007年水合物钻探区Site 6A站位柱状沉积物,开展有孔虫群落、稳定同位素及AMS14 C分析研究,试图了解该区域晚末次冰期以来古海洋和古气候演化历史。结果显示,Site 6A站位柱状沉积物中底栖有孔虫连续分布,优势属种突出,丰度、分异度波动明显。沉积物底界为MIS3期约50kaBP,全新世沉积速率最高,为13.37cm/ka,在MIS2期可能存在由水合物分解导致的地层缺失。有孔虫氧碳同位素特征恢复了冰期/间冰期气候旋回变化及冰盖体积变化,也指示该海域沉积环境氧化还原状况基本不变。通过对具有特殊生态意义的底栖有孔虫Uvigerina、Cibicidoides、Bulimina的相对丰度分析,结合似瓷质壳体百分含量及浮游有孔虫碳同位素,得出在末次冰期40kaBP东亚夏季风增强带来大量降雨,陆径流量增大导致古生产力增加。12~17ka的古生产力高值可能与增强的冬季风携带大量陆源碎屑沉积有关,并使得北大西洋低温、低氧、高营养盐的水团对该站位影响更大。     

南海北部陆坡沉积物“Ba峰”及其天然气水合物分解指示意义

深海,特别是天然气水合物区的沉积物-孔隙水体系中,Ba循环受到孔隙水中的硫酸盐(SO24-)和甲烷(CH4)之间的氧化还原反应的强烈制约。沉积物中"Ba峰"的存在体现了SO2-4亏损的长时间累积效应,并与海平面变化制约下的天然气水合物分解有关。南海北部陆坡ODP1146站钻孔上部深度185m沉积物中发育了4个"Ba峰",其中发育于深度约58m的"Ba峰"(F3)与当前SO2-4-CH4反应界面(SMI)深度一致,推断其他3个"Ba峰"(F1、F2和F4)对应的SMI深度分别约为24m、46m和84m。"Ba峰"最大峰值与沉积物Cl通量减小和冰期-间冰期转换带的对应性表明:在冰期,海平面大幅度降低诱发的浅水区(如东沙群岛附近)天然气水合物的分解持续释放了低盐度、高浓度CH4流体,其中部分流体迁移至ODP1146站所在的陆坡区沉积物中,导致了间隙水中SO2-4的持续亏损和自生Ba的长时间累积,结果在冰期-间冰期转换阶段形成显著的"Ba峰";同时,部分逸散于大气中的CH4加快了冰期的结束。在距今约50万年的冰期-间冰期旋回制约下的海平面周期性变化过程中,南海北部浅水区天然气水合物分解释放的低盐度和高浓度CH4流体也间歇地迁移至深水陆坡沉积区,导致了多个"Ba峰"的形成和沉积埋藏。"Ba峰"可以用于评价历史时期南海北部陆坡天然气水合物分解释放甲烷通量的变化。     

渤海东部晚第四纪沉积环境变化的稀土元素地球化学记录

对渤海东部DLC70-1孔157个沉积物样品进行了稀土元素(REE)测定,结合有孔虫丰度和粒度参数研究,探讨了该孔稀土元素地球化学特征与晚第四纪环境变化关系。DLC70-1孔沉积物物源分析表明,该孔沉积物物质来源比较稳定,其沉积物主要来源于黄河。渤海东部DLC70-1孔REE的分布特征与晚第四纪沉积环境变化密切相关,约100 ka BP以前,研究区发育浅海环境,ΣREE含量较高,且HREE相对富集。100~75 ka BP期间,ΣREE含量受沉积物粒度的影响,明显低于前一阶段,LREE相对富集,稀土元素分布表现为河口半咸水环境特征。75~60 ka BP期间,研究区发育以细颗粒沉积物为主,ΣREE含量达到高值。60~35 ka BP期间为晚更新世玉木冰期中间冰阶(暖期)沉积,研究区发育滨海沉积环境,其ΣREE含量总体较低,并显示LREE相对富集;随着水体深度和盐度条件发生多次波动,稀土元素分布特征也表现出小幅度变化。35~30 ka BP期间,研究区发育滨岸和滨海沉积环境,其ΣREE含量总体较高。30~10 ka BP期间,研究区表现为河流环境,受矿物组成和沉积物粒度的影响,ΣREE含量总体较低,显示向上HREE相对富集。10 ka BP以来为全新世海侵期,研究区持续发育滨海-浅海沉积环境,其ΣREE含量总体较高,显示LREE富集。     

南海南部NS93—5柱样揭示的晚第四纪以来的古海洋学特征

由南海南部海区ＮＳ９３－５柱样的浮游有孔虫氧同位素地层学和浮游有孔虫分析结果获得古环境参数,揭示了距今１９０ｋａ以来南部海区受西太平洋热带水的影响,以及南沙海区表层水和苏禄海变性水的变化历史;在末次盛冰期碳酸盐含量较低,但是碳酸盐含量的最低值出现在氧同位素４期;表层水体的含量呈现为间冰期大于冰期,而古生产力的变化则为冰期大于间冰期;依据氧同位素和浮游有孔虫特征分析结果,建立了南部海匹距今１９０ｋａ     

东沙西南海域表层底栖有孔虫碳同位素对冷泉活动的指示

底栖有孔虫碳同位素负偏记录是冷泉活动的重要指标之一。对南海北部东沙西南海域4个含碳酸盐结核的表层沉积物样品中的6种底栖有孔虫进行了氧碳同位素分析,结果表明,表生属种Discanomalina semiungulata、Cibicides wullerstorfi、Cibicides pseudoungerianus、Cibicides lobatulus的碳同位素,相对同水深南海现代表生底栖有孔虫有明显的负偏记录,尤其是表生种D.semiungulata基本都偏负;内生种Lenticulina orbicularis也有部分负偏,而Uvigerina auberiana的碳同位素则明显偏正;几种底栖有孔虫的碳同位素波动幅度都明显较大,明显超出了南海最近两个冰期-间冰期旋回中碳同位素的变化幅度。其中生活在蠕虫管壁上的活体底栖有孔虫D.semi-ungulata和C.lobatulus的同位素都呈明显的负偏,认为该区底栖有孔虫碳同位素这种负偏和波动幅度大可能是由于冷泉活动造成的。活体底栖有孔虫碳同位素负偏表明该区可能存在有正在活动的冷泉,其中表生种D.semiungulata的大量出现可以作为南海冷泉活动的一个潜在指示标志。     

南海晚第四纪的硅藻遗体及其地质意义Ⅶ.方格罗氏藻

方格罗氏藻[Roperia tesselata(Roper)Grunow]的壳面外形和壳缘构造多样，笔者在南海晚第四纪的三个柱状样沉积物中都采到，统计1303个壳体。分析结果表明：在冰期的沉积物中，壳面呈圆形，壳缘平滑无齿状隆起线的壳体占绝对多数；在间冰期的沉积物中，壳面呈卵形，少数近圆形，壳缘具齿状隆起线的壳体明显增多。因此，该种壳面的两类不同形状和构造的数量差异，可应用于探讨南海晚第四纪古气侯旋回。     

越南岸外上升流区48万年来高分辨率的生源组分记录及其古海洋学意义

南海西部越南岸外MD05-2901孔沉积物分析显示,该孔覆盖氧同位素1-12期,底界年龄约为48万年。生源组分记录显示表层古生产力冰期高、间冰期低,体现间冰期海平面下降、陆源物质输入增强的影响。生产力在末次冰期达到最高,体现末次盛冰期海陆差异增强,东北风发育对生产力提高的促进作用。碳酸钙含量变化呈现冰期早期含量低、冰消期和间冰期含量高的趋势。其冰消期的高值在MIS1/2、MIS3/4和MIS5/6分界处,与浮游有孔虫碳同位素低值对应,揭示该地区的碳酸钙沉积旋回是“稀释旋回”。同时碳酸钙含量变化领先于同一地区浮游有孔虫氧同位素的变化,证明低纬海区碳酸钙泵作用对大气二氧化碳浓度和温度有影响。滤波分析结果显示碳同位素存在23 ka的岁差周期和偏心率长周期,生源组分的含量变化显示出典型的岁差周期,体现南海季风环流的轨道响应,证明低纬热带过程是调节气候变化的重要因素。     

南沙南部近30ka来的古海洋学记录

南海南部17962柱状样(7°11′N、112°5′E,柱长8 m,水深1 968 m)中近30 ka来的沉积物堆积速率计算结果显示,该孔冰期平均堆积速率为全新世的3倍多.其变化与冰期时海平面下降、地表径流所携陆源物质增多、全新世时海平面的回升以及陆源物质的提前卸载有关.浮游有孔虫氧同位素测定结果表明,该孔的浮游有孔虫的氧同位素冰期/全新世差值高于南海的平均值,更大于开放性大洋赤道西太平洋低纬度区的平均值.CaCO3变化则受陆源物质的"稀释作用"控制,而溶解作用对其影响并不太显著.     

冲绳海槽南部两万年来碳酸盐溶跃面的变迁

对冲绳海槽南部表层沉积和晚第四纪沉积柱状样中百余个样品进行了浮游及底栖有孔虫、翼足类等微体化石定量分析。通过表层沉积样品中底栖有孔虫占有孔虫全群比例、底栖有孔虫群中胶结质壳比例、浮游有孔虫碎壳率和浮游及底栖有孔虫丰度等多种标志的水深变化,确定冲绳海槽现代的碳酸盐溶跃面位于水深１５００～１６００ｍ处。进而,在高分辨率地层学基础上,检验这些指示溶解作用的标志和翼足类丰度等在柱状样中的变化,结果发现末次冰期冲绳海槽碳酸盐溶解作用显著减弱,碳酸盐溶跃面和文石补偿深度急剧变深;至冰后期碳酸盐溶解作用又急剧增强,溶跃面和文石补偿深度又变浅至与现代相当的位置。这些变化与南海等西太平洋其他海区的特征相一致。