从稳定同位素与微体化石看南海南部末次冰消期古海洋变化之阶段性

对南海西南陆坡SCS 1 2柱状样中微体化石进行定量统计以及稳定同位素分析和AMS14 C测年 ,求取末次冰消期高分辨率的古海洋学记录 .约 1 3kaBP以来南海南部的古海洋呈阶段变化 ,其中氧同位素 1 /2期界线约 1 2 .0 5kaBP和末次冰消期末约 7.70kaBP前后为两个快速变化期 (终止期IA 和终止期IB) ,其间则为缓慢变化期 .据推测 ,南海海平面在终止期IA 之前相对于现代的大致位于 - 1 1 0m处 ,终止期IB 之后与现代的相近 ,而其间则大致位于 - 5 0m附近 .与此相应 ,1 2 .0 5kaBP以来 ,冬季平均表层海水温度和盐度明显增高 ,表层古生产力下降 ;而约 7.70kaBP出现早全新世CaCO3 保存峰事件 ,翼足类丰度和CaCO3 含量显著增多 .     

新近纪南海深层水的增氧与分层

综合南海ODP1148站、1146站和1143站沉积物物性、底栖有孔虫、同位素等资料, 探讨早中新世以来南海深层水的演化特征.结果表明, 在21~17Ma、15~10Ma和1~5Ma3个时间段分别对应3个富含红褐色粘土的岩性单元, 其红色参数(a*) 增高指示南海深层水中溶解氧含量的增加.对比发现, 前两阶段的深层水增氧与南极底层水和北大西洋组合水增强有关, 说明10Ma前南海与外地的底层水基本是相互连通的.10Ma以后, 南海深层水溶解氧降低, 同时分别处于下深层水的1148站和上深层水的1146站之间的CaCO₃含量变化加大, 喜氧底栖有孔虫减少, 底栖δ13C在10Ma大幅度减轻, 说明南海当时的深层水受大洋深层水的控制减弱.推测主要是南海海盆自16~15Ma停止扩张以后, 南海逐渐关闭引起本地深层水开始形成的缘故.从6Ma左右开始出现大量的太平洋底层水和深层水的底栖有孔虫标志种, 1148站和1146站在5~3Ma期间的CaCO₃含量之差达到40%, 标志南海深层水最大分异期.除了全球气候变冷、北半球结冰引起太平洋深层水扩张的影响之外, 南海海盆由于更强烈向东俯冲而进一步下沉也可能是原因之一.3Ma以来南海深层水演化进入现代模式, 两站之间的CaCO₃含量之差稳定在10%左右, 厌氧底栖种丰度增加.太平洋底层水和深层水的标志种相继在1.2Ma和0.9Ma大量减少, 底栖δ13C也同时大幅度变轻到新近纪的最低值, 表明太平洋底层水的影响基本消失, 太平洋深层水的影响也大大减弱.因此, 标准现代模式的南海深层水, 推测主要由于“中更新世气候转型”时期巴士海峡下面的海槛抬升到接近目前~2600m的深度时, 才开始形成.      

南海北部上部水体4 Ma以来的古海洋学演化

通过对大洋钻探1146站浮游有孔虫组合, 及其表层海水古温度转换函数, 底栖有孔虫堆积速率的研究, 恢复了南海北部表层海水4 Ma以来的古温度和古生产力变化. 结果表明: 表层海水温度4 Ma以来阶段性降低, 而冬、夏季节温差、表层海水生产力逐渐增加, 时间主要发生在3.1, 2.7, 2.1, 1.6, 0.9和0.5 Ma. 浮游有孔虫混合层、温跃层属种含量除受温跃层的变化外, 还受表层海水温度和生产力变化的影响. 结合构造运动和地球轨道参数的变化, 认为南海北部上部水体晚上新世以来不同时间的变化可能是青藏高原新生代以来的阶段性隆升、 太平洋海道关闭和地球轨道参数变化作用的结果.     

南海南部17962柱状样生物硅沉积记录及其古海洋意义

生物硅沉积记录可以反映海洋表层水体的古生产力。南海南部１７９６２柱状样３万余年来的生物硅堆积速率曲线表明,南沙海区古生产力的升高与一系列变冷事件,如冰期中的Ｈｅｉｎｒｉｃｈ事件、冰消期新仙女木事件、中晚全新世变冷事件等有良好的对应关系。冬季风的强化及由此导致的海洋古生产力的升高可能是上述良好对应关系的内在原因。     

冲绳海槽南部表层沉积中的浮游有孔虫及其地质意义

对冲绳海槽南部53个表层沉积样品中大于0.154mm的浮游有孔虫进行系统鉴定和定量统计,并采用Q型因子分析,求得浮游有孔虫各属种和组合的分布特征:N.Dutertei－p.Obliquiloculata组合主要分布在离大陆和台湾岛较近的地方,而G.Glutinata－G.Ruber组合则主要分布在冲绳海槽的中央及靠琉球岛的一侧,且发现浮游有孔虫丰度、属种组合和碎壳率等的分布和变化主要受控于水深、碳酸盐溶跃层、温跃层以及水团等各类环境因子.     

探索南海深部的回顾与展望

中国深海的科学探索,起步晚、发展快,仅二十多年的努力,就使南海成为深海研究的国际前沿.深海科学钻探、长期观测系统和海底深潜,被喻为探索深海的"三深"技术,三者为南海深部探索提供了技术基础,取得了突破性的科学进展.南海五次国际大洋钻探航次,在三四千米的深海区取芯上万米,其中6处钻进了岩浆岩基底,揭示了南海成因的奥秘.通过南海深海沉积的研究,发现了低纬区水、碳循环直接响应地球轨道变化的证据,从而提出了低纬过程也能驱动全球气候变化的新认识,质疑北极冰盖决定一切的传统观点.通过洋陆过渡带基底的探索,发现作为西太平洋俯冲带产生的边缘海盆地,南海有着岩浆活动始终活跃、岩石圈破裂迅速等一系列特色,从而提出板缘张裂的新概念,质疑大西洋模式作为海盆成因机制的普适性,指出"南海不是小大西洋".通过深水锚系长期观测和深潜技术的应用,发现了南海深海环流的气旋式结构特征,实现了深海沉积的等深流和浊流搬运的现场观测,取得了微型生物碳泵和碳、氮耦合等生物地球化学方面的研究突破,发现了南海的锰结核、古热液口和深海冷水珊瑚林.南海的深海探索历来具有国际规模与重要影响,而近二十年来的研究进展主要是在中国科学家主持下取得,其中国家自然科学基金委员会为期八年的"南海深部过程演变"研究计划(2011～2018),在科学探索中起了核心作用.     

赤道西太平洋暖池区更新世以来的生源沉积物沉积特征及其古海洋学意义

赤道西太平洋暖池区中部柱状样MD972140中钙质超微化石氧同位素记录和生物地层学的研究为该柱提供了可靠的年龄框架。氧同位素记录与生源和非生源组分的对比表明，粗组分和碳酸钙含量变化表现为冰期降低，间冰期升高，类似于大西洋型旋回，而蛋白石和非生源组分却与之相反。更新世以来粗组分和碳酸钙含量的变化总体上是由高到低，而蛋白石和非生源组分含量的变化是由低到高，反映了陆源物质输入量和表层水生产力的增加。由此可见，碳酸钙和蛋白石含量的变化主要受到钙质和硅质生物生产力以及陆源物质输入量的控制。氧同位素7期以来，蛋白石含量和硅质微体化石丰度在冰期升高及在间冰期降低的变化反映了表层水生产力的波动和硅质溶解作用的强弱。