日本海末次冰期以来沉积作用和环境演化及其控制要素

基于对日本海南部、中部和西部3个沉积岩芯的综合研究,探讨了末次冰期以来日本海不同区域的沉积作用、环境演化特征及其控制因素。结果发现:在距今8ka以前,日本海南部、中部和西部陆源碎屑物质分别由河流物质、西风携带的风尘物质和海冰输运的物质组成;8ka以来日本海西部沉积物中存在连续分布的火山物质,推测与利曼寒流形成有关,标志着现代日本海表层环流格局的形成。在末次冰期,日本海中部和南部因为水体层化较强,导致底层水通风较弱,而日本海西部则由于盐析作用,通风较强。在冰消期早期,随着海平面上升,东海北部高盐水团再次入侵日本海,改善了日本海深层水体通风条件,但在日本海西部因受到常年海冰覆盖的影响,沉积物氧含量显著减小;在冰消期晚期和早全新世,日本海南部深层水体通风减弱,而在日本海中部和西部通风较好;但8ka以来日本海通风普遍增强。日本海的沉积作用和环境演化受海平面、东亚季风(西风环流)和对马暖流控制,但不同海域对上述3个因子的响应程度存在差异。海平面变化是控制日本海环境变化的首要因子,它直接制约着日本海与周围水体的交换程度;东亚夏季风影响日本海表层水体层化,而东亚冬季风则控制着日本海西部海冰的形成和深层水体垂向对流;8ka以来对马暖流成为控制日本海环境演化的重要因子,它的入侵增强了表层和底层水体交换,提高了日本海深层水体和沉积物溶解氧的更新速率。     

日本海、鄂霍次克海和白令海的古海洋学研究进展

边缘海的存在使大陆和大洋之间的物质和能量交换变得相当复杂。在构造运动和海平面升降的控制下,边缘海和大洋之间时而连通时而隔绝,各种古气候变化信号都在一定程度上被放大。基于近期有关西北太平洋边缘海的古海洋学研究成果,简要概述了日本海、鄂霍次克海、白令海以及北太平洋地区自中新世以来的古气候和古海洋环境演化特征,并认为它们与全球其它地区一样也受控于因地球轨道参数变化引起的太阳辐射率的变化,大尺度的气候变化具有与地球轨道偏心率周期相对应的100ka周期,而41ka的小尺度周期则受地球自转轴斜率变化的控制。一些突发性的气候变化则是由气候不稳定性、海峡的关闭与开启和其它一些地球气候系统的非线性活动所驱动。但同时作为中高纬度边缘海,它们的古海平面、古海水温度、古洋流等古海洋环境因子的变化特征还受到冰盖扩张和退缩、构造运动、冰川性地壳均衡补偿、东亚季风等因素的影响,具有一定的区域特点。     

南海南部中上新世以来沉积有机碳与古生产力变化

对南海南部ODP1143站上部150m的1005个沉积物样品进行了有机碳分析,求取中上新世3．5Ma以来表层生产力长期的演化趋势和短期的变化规律。有机碳含量、有机碳堆积速率和输出生产力在2．85～1．58Ma和0．9～0Ma两个时期呈现相对高值,反映具较高的古生产力,推测分别与上新世晚期北极冰盖形成和“中更新世革命”之后北极冰盖扩大事件密切相关。与有孔虫δ^18O记录对比,有机碳含量、有机碳堆积速率和输出生产力都显示在冰期增加,间冰期降低,反映了冰期具较高的表层生产力。冰期时较高的沉积物堆积速率和C／N比值反映低海平面时期陆源营养物质供应增加,是造成冰期表层生产力高的重要原因。同时推测冰期时低氧含量的底层水有利于有机物质的保存。频谱分析揭示,中上新世以来有机碳含量变化复杂,说明其变化除主要受到地球轨道周期变化的驱动外,还受到陆源物输入等其他因素的影响;而有机碳堆积速率和输出生产力主要受地球轨道周期变化的驱动。     

日本海古海洋环境的演化

基于近年来有关日本海的古海洋古环境研究成果，总结概述了日本海中新世以来的古气候和古海洋环境演化特征。日本海作为西北太平洋一个主要的边缘海，在全球气候变化过程中起着重要的作用。它的古气候古环境演化，与全球其他地区一样受控于地球轨道参数的变化，同时也发育一些由气候的不稳定性、海峡的开合与其他一些地球气候系统的非线性活动所驱动的突发性快速气候变化事件。日本海的古海平面、古海水温度、古洋流等因子的变化还受到冰盖扩张和退缩、构造运动、冰川性地壳均衡补偿、东亚季风等因素的影响，具有鲜明的区域特点。总体说来，目前对日本海的研究程度还不高，对它在全球气候变化中的作用过程、驱动和响应机制的了解还很有限，需要进一步深入研究。     

白令海北部陆坡23 ka以来古生产力变化及其对海冰扩张的响应

本文基于白令海北部陆坡ARC6-B11岩心的沉积物粒度、颜色反射率、有机碳/氮含量和高分辨率化学元素XRF扫描数据，结合底栖和浮游有孔虫AMS14C测年资料，重建了研究区23 ka以来至中全新世的沉积记录，重点研究了海冰的扩张变化对生产力和沉积物输入的影响。研究结果显示，末次盛冰期白令海北部陆坡受到海冰南向扩张的影响而生产力较低，沉积物中砂粒级和冰筏碎屑（IRD）含量较高。HS 1时期由于受到常年冰的覆盖，沉积物中砂粒级和IRD含量存在低值，沉积物中较高的总有机碳（TOC）含量受陆源有机质的影响较大，异常的TOC含量峰值主要受到低海平面和海冰形成过程产生的富氧水团控制下的高浓度细粒物质携带的陆源有机质的快速沉积作用的影响，难以作为反映白令海古生产力的替代指标。B/A暖期和全新世生产力较高，在B/A暖期存在Ca/Ti峰值现象，Ca/Ti峰值现象的产生与碳酸盐补偿深度增加有关，水体通风条件的改变可能起到一定的作用，也不能忽视颗石藻对其产生的潜在影响。     

48ka以来日本海Ulleung海盆南部的海洋沉积环境演化

晚第四纪以来伴随底层水含氧量的剧烈变化,浅色和深色沉积层的交替出现是日本海半远洋沉积物的主要特征。沉积特征分析表明,日本海Ulleung海盆南部KCES1孔的沉积物具有四种不同的沉积构造:均质、纹层、纹层状和混杂构造。深色沉积层一般具有纹层和纹层状构造,并且与我国内陆的千年尺度东亚夏季风强弱变化记录有很好的对应关系,表明纹层沉积物也具有千年尺度的变化规律,从而进一步说明了冰川性海平面变化和东亚夏季风波动应该是Ulleung海盆南部底层水溶解氧含量变化的主要原因。在暖期,在东亚夏季风降水相对增强的影响下,低温、低盐的东海沿岸水对日本海表层水体的贡献要大于对马暖流的贡献,日本海水体间的交换减弱,最终造成缺氧的海底沉积环境。在冷期,夏季风强度的减弱(冬季风增强)加快了日本海西北部深层水的生成,Ulleung海盆南部的底层水含氧量高,相应地沉积了具均质构造的浅色沉积物;在末次盛冰期最低海平面时,日本海成为一个封闭的海盆,降雨量高于蒸发量,水体出现分层,底层水处于停滞缺氧状态。自距今17.5 ka(日历年,下同)以来底层水含氧量较高,对马暖流逐渐成为影响日本海海洋沉积环境的主要因素。Ulleung海盆南部底层水的含氧量在YD期间有一定程度的降低,东海沿岸水的短暂强盛制约了深层水的流通。自距今10.5 ka以来对马暖流强盛,日本海海底处于富氧的沉积环境。     

南海若干古生产力替代指标探讨

沉积记录中的古环境信息,是经过各种复杂的生物地球化学过程改造后的信号,因而是不完整的,有些甚至可能是被歪曲的。通过表层沉积有机碳、生物硅和色素对上层海洋的响应,对南海古生产力替代指标的可靠性及其影响因素作出初步评估。尽管南海海洋生产力较低,生源通量以小颗粒为主(沉降速率慢),侧向漂移明显,且不易形成低氧条件,使有机碳的保存效率比较低,影响了沉积有机碳作为古生产力替代指标的可靠性,但南海表层沉积有机碳含量在大的时空尺度上仍然能反映上升流高生产力区状况,说明沉积记录(几十至几百年时间尺度)对小尺度(自季至年)上的"细节"差异可以进行"平滑"。总的来说,沉积有机碳是比较好的古生产力指标,但对于寡营养、生物群落结构时空变化大、碳酸盐溶解和陆源稀释影响明显的南海,将绿素和生物硅含量作为古生产力替代指标时应该更加慎重。     

长江口外缺氧区柱样沉积物元素的分布及其百年沉积环境效应

在210Pb定年的基础上,对取自长江口外缺氧区内外的柱样沉积物开展了10种常量元素、13种微量元素和粒度的测定分析,研究了其物源及分布特征。结果表明,缺氧区外柱样沉积物主要来源于老黄河口海岸泥沙,大部分元素具有"粒度控制"规律。缺氧区内沉积物主要来源于夏季长江陆源的输入和海洋自生生物死亡后的沉降,部分氧化还原敏感元素(RSE)和亲生物元素不受控于"粒控效应",其中Mo、Cd、As等氧化还原敏感元素自20世纪70年代以来明显富集,分别增加了83%、73%和50%,而Mn出现贫化,指示了缺氧区水体富营养化加剧和底层水体季节性缺氧,引起底层水-沉积物界面氧化还原环境变化;亲生物元素Ca、Sr、P含量自20世纪70年代起分别增加了129%、65%和38%,反映了受化肥使用等人类活动影响,近40年来长江口外水体生产力提高和生物量增加。     

海洋古生产力重建初探──以南沙群岛海区NS90-103柱样为例

以南沙海区ＮＳ９０－１０３柱样为例，利用各种古生产力指标物，如有机碳含量，有孔虫壳和有孔虫碳同位素，重建了２０００００ａ以来古生产力变化，并对结果予以讨论。     

深沪湾末次冰期以来的地层结构及古环境演变

通过深沪湾高分辨率浅地层剖面声学地层和地质钻孔沉积地层的对比，并结合沉积物的粒度、微体古生物以及AMS14C测年的综合分析，揭示了研究区晚更新世末次冰期以来的地层层序，探讨了深沪湾的古环境演变。深沪湾高分辨率浅地层剖面自上而下划分的5个声学地层单元与钻孔岩芯划分的5个沉积地层单元具有较好的对应关系。8.2 ka BP左右，全新世海侵使得海水进入深沪湾海域，海平面低于现今海平面10~12 m，气候凉爽；7 ka BP左右海水到达现今海平面位置，并于6 ka BP左右到达最高，约比现今海平面高2~3 m，气候温暖湿润，这一时期，近岸大量裸子植物被海水淹没并被沉积物快速掩埋；5 850~5 642 a BP研究区温度降低，该降温活动持续到2 ka BP左右，气候凉爽干燥；2 ka BP以来温度逐渐上升，600 a BP左右有一个相对冷期，之后温度又逐渐上升至现今水平。     

Depositional environment in the southern Ulleung Basin, East Sea (Sea of Japan), during the last 48 000 years

The present study is based on the sedimentological data from a piston core KCES1 off the southern Ulleung Basin margin, the East Sea (Sea of Japan). The data include sediment color (L^*), X-ray radiographs, grain size distribution and AMS¹⁴C date. Four kinds of sediments (homogeneous, laminated, crudely laminated and hybrid sediments) are identified according to the characters of the sedimentary structures that were considered to reflect changes in bottom-water oxygenation. Alternations of dark laminated/crudely laminated sediments and light homogeneous sediments represent millennial-scale variations that are possibly associated with the high-resolution changes in the East Asian monsoon (EAM). The relative contributions of the East China Sea Coastal Water (ECSCW) and the Tsushima Warm Current (TWC) were likely the main reasons for the repetition of the anoxic and oxic depositional conditions in the East Sea since the last 48 ka BP. During the interstadial, the strengthen summer EAM was attributed to the expansion of the ECSCW because of more humid climate in central Asia, and then more strongly low-salinity, nutrient-enriched water was introduced into the East Sea. The ventilation of deep water was restricted and therefore the dark laminated layer deposited under the anoxic bottom water condition. During the lowest stand of sea level in the last glacial maximum (LGM), the isolated East Sea dominated by stratiˉed water masses and the euxinic depositional environment formed. The homogenous sediments have been predominating since 17.5 ka BP indicating that the TWC has intruded into the East Sea gradually with the stepwise rise of sea level and the bottom water oxygen level was high. During the late Younger Dryas (YD) period, the last dark laminated layer deposited because the ventilation of bottom water was restricted by stronger summer EAM. The TWC strengthened and the bottom water became oxic again from 10.5 ka BP.     

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。     

末次冰消期以来苏拉威西海颗石藻化石记录与古海洋变化

通过对苏拉威西海MD98-2178柱状样(3.62°N、118.70°E)颗石藻化石属种相对含量的统计,重建了2万年来海水古生产力、营养跃层的变化。其中Emiliania huxleyi、Gephyrocapsa oceanica、Florisphaera profunda占颗石藻群落的80%～90%。由于G.oceanica与F.profunda存在于两种完全不同的生态环境中,两者的变化趋势完全相反。前者代表高生产力以及高营养物质的海水,后者则代表低生产力与较深的营养跃层。推测冰消期颗石藻对环境变化具有两种响应模式:以约13.5ka的生产力峰值期为界,13.5ka之前颗石藻古生产力变化主要响应于径流对海洋营养物质的输入,而13.5ka之后则主要响应于海水-大气之间水循环的强度。全新世F.produnda含量及其所反映的营养跃层变化具有明显的百年尺度波动,与太阳活动的100～260a周期具有良好的相关性。推测全新世苏拉威西海区营养跃层变化受百年尺度的类似厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Osillation,ENSO)的变化及太阳活动的驱动。     

3.4万年以来南极斯科舍海古生产力演变及其环境制约

本文通过对南极斯科舍海东南部DC-11岩芯生物硅、有机氮、TFe₂O₃与有机氮同位素的年代学分析,重建了该海区3.4万年以来古生产力与环境演变历史。研究结果表明,生物硅、有机氮含量与南极温度变化基本一致,暖期高、冷期低;有机氮同位素值与南大洋海冰变化相吻合,暖期小、冷期大,冷期硝酸盐利用率大于暖期。从末次冰期、末次冰消期至全新世,研究区古生产力与环境变化显著,南极冷倒转等千年尺度的变化明显;海冰在气候、营养盐与古生产力之间起着重要的关联作用。冰期或冷期海冰的加强导致表层水层化加强,深层水及其营养盐的上涌减弱,表层海洋硝酸盐等相对匮乏,生产力降低。研究区现代与全新世铁供应充足,在风尘盛行的末次冰期和冰消期呈过剩状态,明显不同于亚南极。     

末次盛冰期以来冲绳海槽中部沉积物有机碳和磷的地球化学研究

利用元素及同位素地球化学方法研究了冲绳海槽中部沉积物岩芯中有机碳及磷的地球化学特征及影响因素。结果表明，冲绳海槽沉积速率（16.5~32.5 cm/ka）变化小，不是沉积物中有机碳埋藏的重要影响因素。相对于全新世氧化性底水环境，末次盛冰期/冰消期冲绳海槽缺氧底水环境提高了沉积物对有机碳的埋藏效率。冲绳海槽沉积物中各形态磷的相对含量与其他边缘海沉积物中的相似。交换态磷（Ex-P）含量低、变化小。末次盛冰期/冰消期缺氧底水环境下铁氧化物的还原溶解导致铁结合磷（Fe-P）释放以及自生磷矿物（Au-P）的形成。全新世氧化性底水条件有利于铁氧化物的有效再生及对磷的再吸附，但不利于Au-P的保存。总有机碳（TOC）和有机磷（Org-P）之间良好的相关性表明TOC埋藏对Org-P含量的重要控制作用。冲绳海槽沉积物中碎屑磷（De-P）含量低于长江口及东海陆架沉积物中的含量，这与陆源碎屑向外海传输减弱有关。在约9.3 ka BP（岩芯200 cm深度），TOC、Fe-P、Org-P、De-P以及Fe_HR均出现的极小值可能由物质坡移造成。     

广西钦州湾晚全新世红树林演变及对海平面变化的响应

Mangroves, widely distributed along the coasts of tropical China, are influenced by Asia monsoon, relative sea level change and enhanced human activity. To predict the impacts of future climate change on mangrove ecosystems, it can be understood by reconstructing past mangrove dynamics using proxies preserved in coastal sediments. In this study, we quantitatively partitioned buried organic matter(OM) sources, collected from a vulnerable mangrove swamp in the Qinzhou Bay of northwestern South China Sea, using a ternary end-member mixing model of δ~(13)C and C:N values. Mangrove-derived OM(MOM) contribution was used as a tracer for mangrove development since 2.34 cal ka BP. This information, together with paleoclimate records(i.e.,speleothem δ~(18)O values, sea level change, grain size parameters) and human activity, was used to divide mangrove development into three stages during the late Holocene: relative flourish(2.34–1.13 cal ka BP), relative degradation(1.13–0.15 cal ka BP) and further degradation(0.15–0 cal ka BP). Before 1.13 cal ka BP, mangroves flourished with a high MOM contribution((88.9±10.6)%), corresponding to stable and high sea level under a warm and humid climate. After 1.13 cal ka BP, rapid fall in relative sea level coupled with the strengthening of the Asian winter monsoon, resulted in mangrove degradation and MOM reduction((62.4±18.9)%). Compared with air temperature and precipitation, the relative sea level fall was the main controlling factor in mangrove development before entering the Anthropocene(the time of the Industrial Revolution). After ～150 cal a BP, reclamation of mangrove swamps to shrimp ponds is the main factor causing mangrove degradation and MOM reduction.     

Review of recent findings on the water masses and circulation in the East Sea (Sea of Japan)

Recent findings on water masses, biogeochemical tracers, deep currents and basin-scale circulation in the East/Japan Sea, and numerical modeling of its circulation are reviewed. Warming continues up to 2007 despite an episode of bottom water formation in the winter of 2000–2001. Water masses have definitely changed since the 1970s and further changes are expected due to the continuation of warming. Accumulation of current data in deep waters of the East/Japan Sea reveals that the circulation in the East/Japan Sea is primarily cyclonic with sub-basin scale cyclonic and anticyclonic cells in the Ulleung Basin (Tsushima Basin). Our understanding of the circulation of intermediate water masses has been deepened through high-resolution numerical studies, and the implementation of data assimilation has had initial success. However, the East/Japan Sea is unique in terms of the fine vertical structures of physical and biogeochemical properties of cold water mass measured at the highest precision and their rapid change with the global warming, so that full understanding of the structures and their change requires in-depth process studies with continuous monitoring programs.     

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。     

Birth of the modern Chesapeake Bay estuary between 7.4 and 8.2 ka and implications for global sea-level rise

Two major pulses of sea-level rise are thought to have taken place since the last glacial maximum — meltwater pulses (mwp) 1A (12 cal ka) and 1B (9.5 cal ka). Between mwp 1B and about 6 cal ka, many of the complex coastal ecosystems which ring the world’s oceans began to form. Here we report data for rhenium, carbon isotopes, total organic carbon, and fossil oysters from Chesapeake Bay which span the transition from fresh to brackish water conditions in the bay in the mid-Holocene. These data constrain sea-level change and resulting environmental change in the bay. They indicate that the transition was rapid, and that it was produced by (1) a third pulse of rapid eustatic sea-level rise, or (2) a geometry of the prehistoric Chesapeake Bay basin which predisposed it to a nonlinear response to a steadily rising sea level. Similar nonlinear changes in vulnerable coastal environments are likely to take place in the future due to polar warming, regardless of the timing or rate of sea-level rise.