台湾东部黑潮区海源碳的沉积物记录与近千年来生产力与气候变化的反演

本文基于对台湾以东黑潮主流区沉积物的粒度和定年，通过解析沉积物总有机碳及其同位素组成获取海源碳变化特征，首次报道了该海区近千年来的初级生产力与气候变化反演结果。研究显示，台湾以东黑潮主流区近千年来的平均沉积速率为34.44 cm/ka，沉积环境较为稳定。另外，台湾以东黑潮主流区沉积物中的总有机碳和总氮含量主要受台湾东部河流输入、海洋初级生产力的沉降过程、成岩作用和粒度效应影响。对沉积物海源碳的定量估算表明，近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物中40.02%~73.88%的有机质为海源输入，陆源输送次之。同时，近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物记录较好地反映了中世纪暖期、小冰期和现代暖期3个气候变化阶段。1150-1420年期间，沉积物中总有机碳、总氮和海源碳含量缓慢升高，较高的表层海水温度有利于海洋初级生产力水平的升高。1500-1840年期间，较低的表层海水温度和亚洲大陆风尘输送水平使得海洋初级生产力较低，同时台湾地区小冰期较高的降水量有利于台湾东部河流向海输送，增强的水动力条件可能会加强海底沉积物的东移，从而导致该区域沉积物中总有机碳含量的增加。进入现代暖期以来研究区的海水温度逐渐增暖，而东亚季风强度和降水量却表现出波动的年际变化特征，并体现在研究区1930-1950年和1970年期间沉积物的中值粒径、总有机碳和总氮含量的快速波动。     

近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物来源及其对气候波动的响应

基于AMS~(14)C定年结果,对近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的粒度、黏土矿物组成及结晶学特征等进行研究,分析该区沉积特征、物质来源及近千年来环境演化的沉积记录。结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物主要为细粒的粉砂和黏土,沉积速率平均为34.44 cm/ka,低于东海陆架和冲绳海槽南部,高于开阔大洋,具有从陆架向大洋过渡的沉积特征。黏土矿物组成的分析结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物黏土矿物组成以伊利石(平均57%)和蒙脱石(平均25%)为主,含有少量绿泥石(平均16%),几乎不含高岭石(平均2%),其中蒙脱石主要来源于吕宋岛弧物质输送和附近海域原位的基性火山物质蚀变,伊利石和绿泥石主要来源于亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入,高岭石主要来源于台湾东部河流和吕宋岛弧物质输入。黏土矿物的物源定量识别研究表明,研究站位的黏土矿物有26%～72%来源于亚洲大陆风尘输送,11%～55%来源于台湾东部河流输入,11%～26%来源于吕宋岛弧物质输送。近千年来沉积物物源的变化特征较好地反映了中世纪暖期、小冰期和现代暖期这3个百年尺度的全球性气候变化阶段。亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入对研究区沉积物的相对贡献量变化反映了中世纪暖期较强的东亚冬季风特征和台湾地区较为干旱的气候环境,同时也反映了小冰期逐渐减弱的东亚冬季风强度和台湾地区较为湿润的气候环境。现代暖期和中世纪暖期在东亚热力差异和降水异常上的差别反映了人类活动对沉积物的扰动。而研究区小规模的沉积特征突变事件主要与暴雨、台风和地震活动相关。     

700年以来冲绳海槽西南部粘土矿物来源及其对沉积环境的响应

利用X射线衍射（XRD）技术对冲绳海槽南部HOBAB4-S2站700年以来的黏土矿物组成以及结晶学特征进行了研究和分析,并对该区的沉积特征、物质来源以及黏土矿物所记录的东亚季风的演化历史进行了探讨。研究发现冲绳海槽南部HOBAB4-S2站黏土矿物组合总体是以伊利石（59–77 %,平均含量69 %）和绿泥石（11–17 %,平均含量14 %）为主,而蒙脱石（5–23 %,平均含量12 %）和高岭石含量（2–6 %,平均含量4 %）则相对较低。通过黏土矿物研究对物源进行分析,发现冲绳海槽南部研究站位的黏土矿物中,蒙脱石主要是来自于长江或者东海大陆架的再沉积。伊利石,绿泥石以及高岭石主要来自于台湾河流,尤其是兰阳溪。蒙脱石/（伊利石+绿泥石）比值的大小可以用来指示东亚夏季风的强弱变化。1320 AD以来的黏土矿物组合的变化较好地记录了部分中世纪暖期后期、小冰期以及现代暖期3个时期在百年时间尺度上的气候波动。该指标显示,相对于中世纪暖期后期,东亚季风强度在小冰期（1405–1850 AD）和在现代暖期（1955 AD）均存在明显的减弱,指示该时期台湾东北部-冲绳海槽南部地区处于相对湿润强降雨的气候环境。     

台湾东黑潮主流区近千年来沉积物稀土元素的变化特征与来源

基于沉积物AMS14 C定年,研究了近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的稀土元素组成变化特征及赋存形态,探讨了该区近千年来稀土来源。台湾东黑潮主流区近千年来沉积物中稀土元素总量平均为119.82μg/g,低于上陆壳和中国黄土的稀土元素平均含量,与冲绳海槽较为接近;轻重稀土元素比值平均为11.30,明显富集轻稀土,具有明显的陆源属性。研究区沉积物稀土元素对球粒陨石和上地壳标准化配分模式均表现为轻稀土富集重稀土相对亏损,且具有弱的Ce正异常。根据定年结果及稀土元素变化特征趋势将柱状沉积物分为3层:0～8.5、8.5～21.5和21.5～30cm,随深度增加稀土元素总量的平均值逐渐增大,轻重稀土元素比值逐渐减小,Ce正异常程度逐渐减弱。稀土元素赋存形态分析表明,La、Ce、Pr、Nd 4种轻稀土元素主要为天然陆源,其他稀土元素受氧化还原环境影响相对较大。稀土元素主要存在于残渣态中,其次为铁锰氧化物结合态,残渣态对台湾以东黑潮主流区沉积物中总稀土元素的配分模式起决定性作用,也是造成Ce正异常的关键赋存形态。近千年来沉积物中稀土元素变化与沉积物粒度关系不大,物质来源较为稳定,台湾东部河流输入是研究区沉积物中稀土元素的最重要来源,亚洲大陆风尘输送对稀土元素的贡献较小。     

近2000年来云南洱海沉积记录的气候变化

对云南洱海湖泊岩心沉积物进行了多环境指标的分析，建立了近2000a来云南洱海流域气候与环境变化的序列：气候演化具有暖干、冷湿交替的组合特点，不同于东亚季风区黄土沉积记录的冷干－暖湿气候组合特征。一些特征气候阶段如中世纪温暖期、小冰期气候特征在洱海湖泊沉积记录中均有反映。洱海湖泊沉积记录的暖干、冷湿气候交替变化规律反映了西南季风影响下的气候演化特征，具有一定的普遍性。     

青海湖沉积物有机碳及其同位素的气候环境信息

通过对青海湖沉积物有机碳及其同位素的分析，结合碳酸盐含量的变化特征，探讨了青海湖沉积物有机碳及其同位素组成的环境意义，并且据此分析了青海湖地区近700a来的气候环境演变。青海湖沉积物的有机碳含量及其同位素较好地记录了温度的变化，在有机碳含量高，有机碳同位素低时，气温较高，反之则相反，小冰期的3次冷期以及20世纪以来的升温在该岩心中得以清晰地反映。     

最近千年来山东半岛西部气候环境变化的石笋微层厚度记录

ky1石笋采自位于暖温带东亚季风影响下的山东半岛西部开元洞,自顶部到距顶42.769mm处发育有连续沉积的678个微层,均为典型的透光年纹层。在高精度U-230 Th测年结果的基础上,结合年纹层的连续计数,确定第1、678纹层的沉积年代分别为1217AD、1894AD,即ky1石笋上部微层的沉积时间为1217—1894AD,恰好涵盖中世纪暖期后期和小冰期。根据微层厚度及δ18 O比值测试结果,在1217—1894AD的678年中,ky1石笋微层的厚度变化和厚度的波动程度变化均具有显著的阶段性,而且与同期夏季风强度、降水量及其波动程度变化同步。其中,微层厚度与夏季风强度、降水量本身呈负相关,微层厚度高值期对应夏季风微弱—偏干期,而低值期对应夏季风强烈—偏湿期。另一方面,微层厚度与夏季风强度、降水量的波动程度呈正相关,微层厚度高值期对应夏季风强度、降水量的高波动期,而低值期对应夏季风强度、降水量的低波动期。因此,除与气候因子本身变化有关外,开元洞石笋微层厚度变化还与气候的稳定程度有关。在暖温带东亚季风区沿海,小冰期与中世纪暖期的气候差异,除了表现为降水减少、温度降低以外,还表现为气候稳定程度的显著降低。     

近8000年来太湖北部钻孔沉积记录的环境演变

通过对太湖北部TH-004钻孔沉积物磁化率、粒度、色度指标的测试分析,反演区域8 000年来沉积环境演变,主要表现为8～7kaBP的温暖湿润阶段,7kaBP以来环境的变冷变干,以及2.6kaBP左右的温度湿度回升。但该变化过程更主要表现为温度的快速冷暖旋回,有效湿度的变化并没有温度变化明显,这可能是由于季风降水变化主要表现在季风影响区的边缘地带,而太湖处于季风区内部,无论东亚夏季风增强或减弱,其有效湿度都不会产生明显变化。在此期间有明显的小尺度突变气候事件,特别是中世纪暖期及小冰期气候寒冷事件,在该项研究中都有很好的体现。     

最近千年来山东半岛西部气候环境变化的石笋δ~(18)O、δ~(13)C记录(Ⅰ)

Ky1石笋采自山东半岛西部的开元洞,沿生长轴方向长度75mm。在高精度U-230 Th测年基础上,通过年纹层连续计数和平均沉积速率内插/外推相结合的定年方法,确定Ky1石笋生长于892—1894AD的1 000年间。在沿石笋生长轴采集的583个样品中,选择303个进行了δ18 O、δ13 C测试,平均分辨率约为3年。结果显示,最近1000年来Ky1石笋的δ18 O比值变化呈现明显阶段性,显示与小冰期(LIA)和中世纪暖期(MWP)对应的数百年尺度波动。根据δ18 O记录,山东半岛在1482AD前后发生与MWP/LIA转换对应的气候突变,1 482AD前相当于夏季风强烈、降水较多的中世纪暖期,1482AD后则为夏季风微弱、降水较少的小冰期,以1609AD夏季风最弱。Ky1石笋的δ13 C比值变化,也由与MWP、LIA相当的两个阶段构成,其间也存在突变关系。比较而言,δ13 C变化要比δ18 O显著平缓,而且LIA后期以来二者变化明显不同步。最近1 000年来,与MWP/LIA对应的气候突变相当于明朝中期;就各个朝代内部的气候变化趋势而言,不同朝代之间不尽相同;不同朝代之间的更替期均大致与MWP、LIA内部的次级气候突变时期对应。因此,中世纪暖期和小冰期内部的次级气候波动对中国社会发展的影响,可能比千年尺度上最剧烈的MWP/LIA突变本身更显著。另一方面,洞穴所在山地的土地利用程度不断提高,其与气候变化共同影响着洞穴所在山地的植被的C3/C4植物构成及土壤性质,从而影响到石笋δ13 C比值。从892—1318AD,土地利用对山地植被构成、土壤特征的影响程度尚不及气候变化;1318—1479AD,已达到或超过小幅度的气候变化;1483—1779AD,达到或超过大幅度的气候变化;1779—1894AD,土地利用程度趋于稳定,气候变化对环境的影响程度则又相对凸显。     

藏南沉错沉积物有机质δ13C对湖区环境冷暖变化的响应

湖泊沉积物有机质碳同位素δ13C是一种重要的环境代用指标,其对环境变化的响应较为复杂。通过研究藏南沉错CC1孔216cm柱状沉积物中有机质δ13C的变化,认为其波动是对湖区环境冷暖变化的良好响应,且在暖期偏低,而在冷期偏高。以δ13C的变化为基础并结合其他地球化学指标包括总有机碳(TOC)、氢指数(HI)、碳氮比(C/N)等,讨论了研究区近1400a来的冷暖变化,进一步划分出了4个暖期和4个冷期以及若干冷暖过渡期。其中4个暖期依次和“隋唐温暖期”、中世纪温暖期(包含中间2个暖期)和20世纪变暖相对应;而4个冷期中的后3个分别对应于小冰期的3个冷期,其时间范围分别约为1460—1510AD、1660—1770AD、1850—1900AD。CC1孔δ13C值波动所指示的冷暖时期与青藏高原其他地区和我国东部地区利用冰心、树轮、物候资料、史料及观测等资料的研究结果较为相似,反映了湖泊沉积物有机质δ13C作为环境代用指标的有效性以及藏南沉错地区气候变化与其他地区的相似性。     

近1000年来西格陵兰荷尔斯泰因斯堡港生物硅指示的海洋生产力变化

We analyzed the biogenic silica(BSi) content and produced a diatom-based summer sea-surface temperature(SST) reconstruction for sediment core GC4 from the Holsteinsborg Dyb, West Greenland. Our aim was to reconstruct marine productivity and climatic fluctuations during the last millennium. Increased BSi content and diatom abundance suggest relatively high marine productively during the interval of AD 1000–1400, corresponding in time to the Medieval Warm Period(MWP). The summer SST reconstruction indicates relatively warm conditions during AD 900–1100, followed by cooling after AD 1100. An extended cooling period during AD 1400–1900 is characterized by prolonged low in reconstructed SST and high sea-ice concentration. The BSi values fluctuated during this period, suggesting varying marine productivity during the Little Ice Age(LIA).There is no significant correlation between the BSi content and SST during the last millennium, suggesting that the summer SST has little influence on marine productively in the Holsteinsborg Dyb. A good correspondence between the BSi content and the element Ti counts in core GC4 suggests that silicate-rich meltwater from the Greenland ice sheet was likely responsible for changes in marine productively in the Holsteinsborg Dyb.     

青藏高原地区近千年气候变化的时空特征

研究青藏高原地区过去千年气候变化的时空特征,对预测未来气候情景下该地区冰冻圈的变化及其水文-生态效应具有重要科学意义。基于15条反映青藏高原地区近千年气候变化的高分辨率重建序列,通过综合分析及经验正交函数(EOF)方法,进一步探讨了青藏高原地区过去千年气候变化的时空特征。综合重建序列显示:整体而言,青藏高原地区中世纪暖期(MWP)约持续到1450s,小冰期(LIA)约发生于1450—1870s,此后近百年来的温度在波动中逐渐升高;对比分析表明青藏高原地区MWP与20世纪前半叶的温暖幅度可比、也与其他北半球温度序列中同时期的气候特征相似,LIA较之我国中东部地区相对温暖。EOF分析结果揭示了过去千年典型气候特征(MWP、LIA及20世纪暖期等)在青藏高原的区域差异:对于MWP,其在高原东北部、中北部及西部地区约持续至1450s(其中约1250—1300s为冷波动),在喀喇昆仑及高原中东部地区约至13世纪初,高原南部诸多代用资料间接表明MWP约发生于11—15世纪(而在反映高原南部地区气候信息的第三主分量中MWP特征并不明显);对于LIA,高原东北部及西部地区的冷波动约为1450—1520s、1650—1750s、1780—1850s,喀喇昆仑地区的冷波动约为1450—1650s、1740—1780s、1820—1850s,高原南部、中东部及中北部地区的冷波动约为1580—1650s、1740—1780s(其中1670—1730s为相对暖期,并在喀喇昆仑地区也有所体现);对于近百年的全球显著升温过程,高原大部分地区均有记录,而南部与中东部地区的部分树轮年表则显示近几十年来夏季温度存在一定的下降趋势,这可能与全球变暖过程中不同季节(冬夏季节)温度变化的不一致性有关。     

环礁潟湖沉积物重建南沙群岛小冰期以来的热带气旋活动

热带气旋活动以及由此产生的风暴潮和强降雨对南海及周边沿海地区社会经济构成巨大威胁。对器测记录之前全新世热带气旋的研究有助于准确预测全球变暖背景下热带气旋活动的变化趋势。本文利用南沙群岛安乐礁潟湖沉积物重建了小冰期以来准年分辨率的热带气旋活动, 共识别28个风暴事件层。研究表明, 小冰期以来, 南沙群岛安乐礁热带气旋活动在年代际到百年尺度上频繁变化, 发育两个主要的风暴活跃期。在小冰期早期(AD 1471—1620)经历了最为强烈的风暴活跃期, 另一个风暴活跃期位于现代暖期的AD 1930—1960, 风暴活动虽有所加强, 但明显低于小冰期早期。与同期永暑礁重建结果的对比表明, 热带气旋活动存在明显的时空差异性, 更多来自相近区域的高分辨率风暴记录可有效降低古风暴活动重建的不确定性, 提高重建记录的准确度。     

珠江口淇澳岛滨海湿地沉积环境演化及其对人类活动的响应

滨海湿地作为人类活动和全球变化反应最为敏感的区域，其沉积记录可以反映出周边地区环境变化及人类活动信息。珠江口淇澳岛滨海湿地钻孔分析结果表明，在中全新世期间淇澳岛附近海域为河口湾环境，在风化层以上开始出现淤积，但在4 200 a BP前后受极冷气候的影响，沉积物粗化；自2 500 a BP以来，沉积环境相对稳定，在小冰期期间略有变化。沉积速率计算结果显示:淇澳岛附近海域自中全新世高海面以来的平均沉积速率为0.29 cm/a，4 160~2 500 a BP、2 500 a BP-1488年、1488-1893年、1893-1986年、1990-2007年期间的平均沉积速率分别为:0.17 cm/a、0.23 cm/a、0.35 cm/a、1.37 cm/a和5.94 cm/a，沉积速率逐渐增大，反映了珠江三角洲演化过程中沉积相与沉积环境的变化；1986-1990年期间的海堤建造极大地扰动了该钻孔上部的沉积过程，在工程施工期间共沉积了厚度约112 cm的沉积层，而在海堤建成后，沉积速率也显著增大。沉积物总有机碳、总氮和C/N值的垂向分布表明，在4 160~2 500 a BP期间受海洋环境影响较大，沉积物中有机碳以海源为主，2 500 a BP以来沉积物中碳、氮含量明显增大，C/N也相应变大，有机碳主要来源于陆源输入，但在小冰期期间海源有机碳贡献略有所增大；近百年来由于受人类活动影响显著，陆源有机碳的贡献快速增加。     

黑潮主流径海域海水中的无机碳及其对东海陆架区的影响

基于2014年5—6月对黑潮主流径及毗邻东海陆架海区的调查,研究了该区域水体中无机碳体系参数(p H、总碱度TAlk、溶解无机碳DIC及DIC/TAlk)的垂直与水平分布,在此基础上定量评估了黑潮输入对东海陆架海区无机碳收支的影响。结果表明,黑潮水体中DIC、TAlk与DIC/TAlk总体而言随水深增加而升高,p H降低,综合体现了浮游植物生产、海-气界面交换、有机物降解及Ca CO3溶解等过程的影响;上升流中心站位无机碳参数均受较深层水体上涌影响,与黑潮主流径其它站位略有不同。东海陆架海区外侧站位表层、30m层无机碳主要受台湾海峡暖流影响,高p H、低DIC/TAlk的黑潮表层水影响区域局限于东南部;而在底层,低p H、高DIC/TAlk的黑潮入侵流离开黑潮主流径向正北方延伸并抬升至钱塘江口附近;上升流对无机碳的影响持续至表层,其携带的黑潮中层水因此也可能进入陆架海区。水量模型估算黑潮水在5—10月间跨域陆架边缘向东海陆架区输入溶解无机碳总计58798.9×109mol,净输入达37382.9×109mol,而东海向外输出的无机碳绝大部分经由对马海峡进入日本海。     

中国东部海域中239+240Pu的来源与沉积过程研究

本文对东海及毗邻海域中239+240Pu比活度、240Pu/239Pu原子比值和239+240Pu累积通量或沉积通量数据进行整理,首次从大气沉降、海水中、生物体中、沉积物捕获器中以及沉积物中的239+240Pu 5个方面阐述了东海及毗邻海域中239+240Pu的地球化学行为。研究结果表明,全球大气沉降和太平洋核试验场输入的239+240Pu是东海海水和沉积物中239+240Pu的两个主要来源;在长江径流、浙闽沿岸流、台湾暖流、黑潮与上升流等水团的混合作用以及清除作用的影响下,东海近岸海水中239+240Pu浓度在时间上呈现被清除而减少的趋势,相应近岸浅水区沉积物中239+240Pu的埋藏深度高于远岸深水海域。在黑潮入侵和上升流的作用下,冲绳海槽区尤其是台湾岛东北部,沉积物中的239+240Pu比活度与沉积通量显著增大。同时,利用东海表层沉积物中239+240Pu比活度和240Pu/239Pu原子比值的相关关系证实了台湾东北部黑潮底层分支流的存在,并指示出台湾暖流与黑潮底层分支流可能交汇的海域位置。     

台湾海峡西部沉积物中碳的来源及埋藏

根据2005年夏季航次观测的沉积物中总有机碳(TOC)、无机碳(CaCO3)、总氮(TN)、悬浮体颗粒有机碳(POC)、沉积物粒度数据得出,台湾海峡西部表层沉积物TOC质量分数的范围为0.01～1.79,平均值为0.37±0.24,略高于20多年前台湾海峡南部海区,而低于台湾海峡中、北部海区;TOC的质量分数湾内比湾外...     

夏季台湾海峡水及黑潮次表层涌升水向东海近陆架区营养盐输送通量的估算

According to historical mean ocean current data through the field observations of the Taiwan Ocean Research Institute during 1991–2005 and survey data of nutrients on the continental shelf of the East China Sea(ECS) in the summer of 2006, nutrient fluxes from the Taiwan Strait and Kuroshio subsurface waters are estimated using a grid interpolation method, which both are the sources of the Taiwan Warm Current. The nutrient fluxes of the two water masses are also compared. The results show that phosphate(PO4-P), silicate(SiO3-Si) and nitrate(NO3-N) fluxes to the ECS continental shelf from the Kuroshio upwelling water are slightly higher than those from the Taiwan Strait water in the summer of 2006. In contrast, owing to its lower velocity, the nutrient flux density(i.e., nutrient fluxes divided by the area of the specific section) of the Kuroshio subsurface water is lower than that of the Taiwan Strait water. In addition, the Taiwan Warm Current deep water, which is mainly constituted by the Kuroshio subsurface water, might directly reach the areas of high-frequency harmful alga blooms in the ECS.     

Analysis of the high and low temperature centers and their relation with circulations in the East China Sea

Three warm currents, the Kuroshio, its shelf intrusion branch in the northeast of Taiwan and the Taiwan Warm Current (hereafter TWC), dominate the circulation pattern in the East China Sea (hereafter ECS). Their origination, routes and variation in winter and summer are studied. Their relationship with four major high and low temperature centers is analyzed. Differing from the previous opinion, we suggest that the four major centers are generated to a great extent by the interaction of the currents in the ECS. In summer, a cold water belt in the northeast of Taiwan is preserved from winter between the Kuroshio and the TWC. The shelf intrusion branch of the Kuroshio separates the water belt, and two low temperature centers generate in the northeast of Taiwan. In the southern ECS, the TWC transports more heat flux northward to form a warm pool. But it is separated in the lower layer by the cold water driven by the intrusion branch of the Kuroshio. So the TWC and the intrusion branch of the Kuroshio play a dominating role to generate the high temperature center. The interaction among the eastward TWC, the northward Tsushima Warm Current (hereafter TSWC) and the southward Su Bei Coastal Flow (hereafter SBCF) generates the low temperature center in the northern ECS. In winter, the strengthening of the shelf intrusion branch of the Kuroshio obscures the two low temperature centers in the northeast of Taiwan. For the weakening of the TWC, the high temperature center in the southern ECS vanishes, and the low temperature center in the northern ECS shifts to south.