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AMS14C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AMS¹⁴C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。     

台湾以东黑潮沉积物中的生源要素对近千年来气候环境变化的响应

基于台湾以东黑潮主流系沉积物中碳、氮、磷等生源要素指标的变化,在沉积物年代学的基础上,探讨了近千年来气候环境变化在黑潮沉积物中的历史记录。结果表明,近千年来台湾以东、琉球岛弧南侧斜坡的黑潮主流区平均沉积速率可达34.2 cm/ka,据其变化可大致分成的3个沉积阶段,与中世纪暖期、小冰期和现代暖期的划分基本一致。沉积物中碳以无机碳为主,总无机碳（TIC）的含量从1850年开始逐渐增大并伴随剧烈波动,恰好与大气CO₂水平的快速升高相对应;总有机碳（TOC）含量的变化则与东亚夏季风强度的变化关系密切,在夏季风较弱的小冰期其含量明显高于夏季风较强的中世纪暖期和现代暖期,这是由于较弱的夏季风有利于亚洲大陆风尘的产生和向海输送,从而促进了研究海域的初级生产力。1850年以来,沉积物中的C∶N∶P逐渐从低于转变为高于Redfield比,反映了上层水体营养盐结构从氮缺乏到氮充足的转变,这与近现代以来急剧增加的全球氮排放密切相关。总体来说,黑潮主流系沉积物中的生源要素指标,明确记录和响应了近千年来的气候环境变化,尤其是近150多年以来不断加剧的人类活动所造成的气候环境剧变。     

桑沟湾养殖海域沉积物中碳埋藏通量的长期记录

对取自桑沟湾北部和南部养殖海域2个站位柱状沉积物样品进行研究,测定了它们的总碳(TC)、有机碳(TOC)、无机碳(TIC)含量,估算了海源有机碳(Ca),结合沉积物年代序列测定,对碳的来源和埋藏通量(BF)进行分析。结果表明:从19世纪到20世纪初,桑沟湾碳埋藏基本处于平稳期;20世纪初开始,伴随着中国工业革命兴起,湾内营养水平提高,大量天然小型贝类繁殖及残骸埋藏使桑沟湾碳埋藏量有大幅度突跃;20世纪60年代以来人工养殖活动兴起及到90年代大规模养殖后,天然贝类繁殖受抑制且伴随养殖产品的不断收获,使此期间碳埋藏量又处于平稳期。20世纪60年代前BFCa/BFTOC和BFCa/BFTC的比值分别在20%和4%以下波动,其后随养殖活动增加呈显著增大趋势;但BFTOC/BFTC比值基本在40%以下范围内波动。并将该区与取自黄海中部一柱状沉积物的BFTIC/BFTC比值作对比,桑沟湾BFTIC/BFTC比值基本在60%~98%之间远高于黄海中部(约15%)的比值,桑沟湾TIC与TC含量高比值使仅应用TOC或Ca含量估算碳埋藏通量可能带来巨大误差。     

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。     

台湾东部黑潮主流径区2014年春秋季水体碳的垂直变化特征与影响因素

2014年春秋季对台湾以东黑潮主流径区碳化学的调查研究表明,春季黑潮主流径水体垂向可划分为黑潮表层水、热带水、中层水与深层水,水层以30-50m、300-400m以及800-1000m分界。黑潮水体中DIC平均含量为2078.1μmol/kg,DOC与POC平均含量分别为98.59与1.62 μmol/L;各参数中,pH值随水深增加而降低,TAlk、DIC含量以及DIC/TAlk比值则随水深增加而升高,DOC与POC在200m以浅含量较高而在200m以深降为相对均一的低值。黑潮主流径水体中碳的分布在表层受到浮游植物生产、细菌分解、海-气界面交换以及陆源输送等多种因素的综合影响;在次表层至中层水体中,初级生产的影响消失,有机物的分解对水体中的碳分布有着重要影响;在中层至底层水体中,有机物分解逐渐完成,CaCO3溶解过程以及陆坡沉积物的水平输运成为水体中碳分布的主要影响因素。位于上升流中心的TW0-1站位各参数均受到较深层次水体携游离CO2与营养盐上涌的影响,与黑潮主流径其他站位略有不同。秋季黑潮主流径水体垂向上依然能够划分为表层水、热带水、中层水与深层水四层,分别在75-100m、300-500m以及800-1000m分界。秋季黑潮水体中DIC平均含量为2078.7μmol/kg,DOC与POC平均含量分别为92.36与1.93μmol/L;黑潮主流径各层水体中各水文、碳参数分布规律与春季相似,影响因素也类似。秋季黑潮流域各站位碳参数量值与春季略有不同,其可能的原因有较低的浮游植物生产、利用以及较低的微生物分解量;秋季黑潮水体中DIC含量与DIC/TAlk比值与春季差异较小,但pH值与TAlk高于春季,由此可以推测秋季黑潮水体中有着较高的[CO32-] /[ HCO3-]比值。     

西北太平洋黑潮源区沉积特征及黑潮输入对东海沉积物的影响

在对海流和地质背景分析的基础上将源区黑潮划分为3个区域,即北赤道流区、吕宋岛以东海区和台湾东部黑潮主干区,归纳总结了其沉积物矿物组成、元素组分特征和物源研究结论,探讨了黑潮输入对东海沉积物的影响。总体看来,黑潮源区沉积物的主要外来源是菲律宾群岛、菲律宾岛弧、台湾河流输入和亚洲大陆风尘的输入。黑潮源区沉积物矿物分布受菲律宾海沟的阻隔、北赤道流与黑潮的营力作用、海底火山热液活动和水深影响较大,常量元素组成主要与海底地形和水深有关,稀土元素组成表现出具有明显陆源输入的边缘海沉积特征,Sr、Nd同位素组成的研究在该区主要用于追踪亚洲风尘输入。由于黑潮入侵东海多分支的复杂性,东海黑潮对陆架沉积物的影响尚需深入研究。进一步研究应在台湾东部沉积物物源分析、黑潮输入对东海沉积物影响的历史变化、多指标整合的综合分析方法、有效物源识别端元的构建等方面展开。深入研究黑潮源区沉积特征及物源可有效揭示黑潮流域变化、构造活动和气候变化等,且探明黑潮输入对东海陆架沉积物分布的影响有利于揭示东海生态环境变化和海洋资源环境的可持续利用。     

近30年来东海长江口泥质区浮游植物生产力与群落结构变化的生物标志物记录

随着人类活动的增加和全球气候变化的加剧,东海生态环境受到了人类活动和自然环境变化的双重影响。本文选择位于东海长江口泥质区的柱状样DH3-1进行生物标志物分析,利用多种生物标志物含量及相对比例重建了东海近30年(1983-2010年)浮游植物生产力、群落结构和陆源输入相对贡献的变化,并探究人类活动与自然因素产生的综合影响。结果表明:近30年来,浮游植物生产力呈现上升趋势;约1992-2001年,硅藻比例下降、甲藻比例上升,约2001年后硅藻比例上升、甲藻比例下降。陆源有机质含量在约1992-2004年呈现增加趋势,约2004年后相对降低;海源有机质含量则呈现持续增加趋势。东海近30年来浮游植物生产力的升高主要是因为人类活动剧增与上升流引发东海营养盐输入量增加。群落结构与陆源有机质含量交替变化可能是由不同年份人类活动与自然因素的作用强度不同导致的。     

长江口外赤潮多发区近几十年来的古生产力记录及环境意义

选取长江口外赤潮多发区沉积物柱状样,在高分辨率测年基础上,通过有机碳、有机碳同位素(δ13C)、生物硅、绿素等多项指标的分析获得了调查海区古生产力的变化信息。并结合近几十年来营养盐浓度及组成结构的变化探讨了海洋浮游藻类组成结构的变化在海洋古环境中的记录。柱状样年代可追溯到20世纪40年代初。δ13C值在柱中的分布为-26.15×10-3~-19.5×10-3,表明有机碳为陆源与海生的混合。生物标志物在柱状样中的分布可大致分为三个阶段,50年代以前含量均较低;50年代至80年代含量均增加,表明海洋浮游藻类活动强烈且以硅藻为主,与此阶段长江口营养盐浓度迅速增加相对应;80年代以后,生物硅的含量下降至整个柱中最低水平,绿素有所降低,但高于50年代前的水平,而有机碳含量增加,表明在该时段硅藻生物量降低,其他藻类生物量有所增加,这与长江口营养盐氮盐持续增加而硅酸盐逐年降低、氮与磷的含量比值、磷与硅的含量比值迅速增大有关。沉积记录还表明此阶段陆源有机碳的贡献增强。     

北京地区近70年来白皮松树轮纤维素的碳稳定同位素与气候变化

对采自北京大学校园内的白皮松（Pinus bungeana)树轮α-纤维素的δ^13C进行了分析，结合北京气象台的气象记录，建立树轮δ^13C与气候各要素的回归方程，重建值与观测值吻合较好，表明北京地区树轮α-纤维素的碳稳定同位素与1928-1999年3-9月的平均气温及6-9月的平均降雨量显著相关，重δ^13C对应于3-9月的低温和6-9月的少雨，轻δ^13C对应于3-9月的高温和6-9月的多雨。而3-9月的温度正好是适宜树木生长的光合作用所需要的最佳温度，6-9月正好是一年中降雨最充沛的时期，由此认为；树轮δ^13C值与生长季节的降水和气温密切相关，可以考虑作为季风盛行地区的气候替代性指标。在一定程度上反映了季风盛行区白皮松树轮纤维素碳稳定同位素与气候因子的关系。     

Variations in paleoproductivity and the environmental implications over the past six decades in the Changjiang Estuary

Total organic carbon and organic carbon stable isotope, biogenic silica, chlorin were measured from a high resolution sediment core to indicate the variation in paleoproductivity and the environmental implications over the past decades (1942 to 1997) in the Changjiang Estuary. Based on these biomarkers, the shift in the phytoplankton community structure in the past decades was discussed in response to the long-term variations in nutrient concentrations and nutrient ratios. The results showed that the δ 13 C values varied from –26.15‰ to –19.5‰, suggesting the combined organic carbon sources of riverine and marine organisms. Based on the biogenic proxies, paleoproductivity changes were categorized into three stages: low production before 1950; an increase in production with the dominance of diatoms during 1950 to 1980, consistent with increasing of nutrient concentrations; a decrease in production after 1980 when the diatom production decreased while the production of non-silicious phytoplankton increased due to high nutrient inputs, and high N/P and P/Si ratios in the Changjiang Estuary. The sedimentation records also indicated that the riverine organic carbon increased since 1980.     

涠洲岛珊瑚礁近千年的发育过程及其对气候变化的响应*

高纬度珊瑚栖息地能否成为气候变暖背景下热带珊瑚物种的“避难所”仍不明确, 南海北部的相关研究更是稀少。本文以取自涠洲岛的2根珊瑚礁沉积岩心为研究对象, 通过U-Th定年、沉积组分分析以及珊瑚种属鉴定等方法, 探讨近千年以来珊瑚礁的发育过程及其对气候变化的响应。研究结果发现, Core1(石螺口)岩心沉积的3个快速堆积阶段分别与罗马暖期、中世纪暖期和现代暖期大致对应; 而2个缓慢堆积阶段则分别与黑暗时代冷期和小冰期大致对应, 证实了温暖的气候对珊瑚礁发育有促进作用, 而寒冷的气候则不利于珊瑚礁的发育; 此外, 现代强烈的人为干扰可能也导致了涠洲岛珊瑚礁的迅速退化。Core2(南湾)中陆源沉积含量高, 珊瑚年龄主要集中在800AD—950AD和现代这两个时间段内, 其原因可能与环境变化、风暴作用及湾内现代珊瑚分布特征有关。通过对比这两个站位的珊瑚礁沉积特征, 本文进一步提出“完全避难所”和“非完全避难所”的概念, 揭示涠洲岛珊瑚可能同时具有低纬度热带珊瑚礁和高纬度珊瑚群落这两种发育特征和趋势。     

48ka以来日本海古生产力和古氧化还原环境变化的地球化学记录

通过对日本海Ulleung盆地KCES-1孔元素地球化学分析,探讨了过去48 ka以来日本海古生产力和古氧化还原环境的变化规律和影响因素。多种替代指标质量累积速率(总有机碳、CaCO3,磷、过剩钡、镉含量)显示日本海古生产力自48 ka以来发生了显著的变化。在48~18 ka低海平面和有限的水体交换导致表层水古生产力相对较低。在18~11 ka随着海平面的上升,富营养盐水团(亲潮和东海沿岸流水团)的流入导致古生产力逐渐增大,在12.6~11.5 ka古生产力达到最大值。在全新世对马暖流成为影响古生产力变化的重要因素,并且自5 ka以来古生产力保持相对稳定。古氧化还原替代指标(总有机碳、钼、铀、锰、碳与硫含量之比、自生铀、自生钼含量)显示在12~9 ka日本海底层水可能为无氧环境。古生产力高和底层水体有限的交换是诱发底层水缺氧的主要因素,而这又与全球气候变化和海平面变化有关。     

广西钦州湾百年来红树林演变的有机碳同位素和孢粉示踪及其影响因素

气候变化和人类活动制约下的红树林演变是一种长时间尺度效应,而沉积物则是记录这种响应的最佳档案。采用古生态学研究思路,选择有效的示踪参数是解读这一档案的有效途径。本文通过广西钦州湾红树林区1根柱状沉积物中有机碳同位素(δ13C)、C/N分析和孢粉鉴定,以沉积物中的红树林源有机碳贡献和红树植物孢粉组合为示踪参数,在210Pb年龄框架构建的基础上,通过对比研究红树林源有机碳贡献和红树孢粉组合特征,揭示百年来钦州湾红树林兴衰和群落演替规律;进而重塑其红树林演变历史:兴盛期(1864-1918年)、衰退期(1918-1968年)和低谷期(1968-2007年),这与土地替代、遥感分析和现场勘测数据较为吻合。结合气候变化和人类活动资料,发现钦州湾红树林的近期衰退主要源于人类活动的影响,尤其是虾塘围垦;而与气候变化关系不大。     

东印度洋近20 ka以来的生物硅记录及其古生产力意义

通过对东印度洋钻孔CJ01-185的生物硅来探讨东印度洋古生产力的变化和古气候演化的响应。CJ01-185钻孔的生物硅含量在末次冰期最低,为0.86%;而到了全新世晚期生物硅含量达到1.89%。全新世晚期生物硅的堆积速率明显大于末次冰期。随着全新世海平面的快速上升,巽他海峡贯通,来自爪哇海的陆源物质输入到东印度洋,导致全新世的生物硅含量和生物硅的堆积速率增加。研究表明：巽他海峡贯通前,研究区的古生产力主要受东南季风变化和上升流的活动影响;而巽他海峡贯通后,古生产力很明显受到陆源物质输入的控制,东南季风变化和上升流的影响较弱。     

Surficial Sedimentary Diatoms in Okinawa Trough and Its Response to Kuroshio Current

This paper describes the relative contents of dominant diatom species and the distributive characteristics of tropical pelagic species and diatom assemblages, and also discusses the relations between the relative content of tropical pelagic species and Kuroshio Current and between the distribution of diatom assemblages and material sources. The results show that the limit of＞20% relative content of tropical pelagic species is basically consistent with the demarcation of Kuroshio Current, and that the distributions of dominant diatom species and diatom assemblages reserve the records of their closer relations to material sources.