北极东西伯利亚陆架表层沉积物汞的分布特征及其意义

全球变暖导致北极地区冻土退化、海冰消融、河流径流增加及海洋动力发生变化,这些因素连同日益增加的人类活动都影响北冰洋中汞的输入和运移。对取自北极东西伯利亚陆架的87个表层沉积物进行了汞含量测试与分析,发现沉积物中汞含量的分布有显著的空间差异性,可分为近岸低汞区（33 ng/g）、陆架中部汞含量中等区（58 ng/g）和北部深水高汞区（84ng/g）。总体来看,从近岸向外海,汞含量随水深的增大而升高。结合沉积物粒度、有机碳和比表面积等指标,发现东西伯利亚陆架沉积物中黏土含量与汞含量呈现正相关,显示了沉积物粒度对汞分布的控制作用。近岸由于受河流输入、海岸侵蚀和环流分选等因素的影响,沉积物粒径较粗,导致汞含量较低,而北部陆架深水区的细粒沉积物则吸附了更多的汞。在楚科奇海和拉普捷夫海,沉积汞含量和总有机碳含量有较强的正相关性,而在东西伯利亚海相关性较弱,这可能是因为东西伯利亚海的沉积有机碳来源相对更为复杂。基于沉积汞的富集因子指标,我们认为北极东西伯利亚陆架沉积汞的污染水平整体较低,受人类活动的影响相对较弱。     

西北冰洋表层沉积物黏土矿物分布特征及物质来源

西北冰洋表层沉积物黏土矿物分析结果显示其黏土矿物组成的区域分布和变化具有明显的规律性:从楚科奇海到北冰洋深水区,随着水深的增加,蒙皂石和高岭石含量增高,绿泥石和伊利石含量降低。自西往东,伊利石结晶度值降低,化学指数升高。根据Q型聚类分析获得的黏土矿物组合特征,结合周缘陆地的地质背景、河流及洋流情况,对研究区进行了黏土矿物组合分区,讨论了其黏土矿物来源。楚科奇海表层沉积物黏土矿物组合在靠近阿拉斯加一侧海域以Ⅰ类为主,靠东西伯利亚海一侧主要有Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类,中部主要为Ⅵ类,主要是西伯利亚和阿拉斯加的火山岩、变质岩以及一些含高岭石的沉积物以及古土壤等,经风化、河流搬运入海,在北太平洋的3股洋流及西伯利亚沿岸流的作用下沉积形成的。西北冰洋深水区表层沉积物的黏土矿物组合以Ⅰ类和Ⅴ类为主,表明其沉积物来源为欧亚陆架和加拿大北极群岛周缘海域的海冰沉积和大西洋水体的搬运以及加拿大马更些河的河流物质输入。     

北极东西伯利亚陆架沉积物物源:来自黏土矿物和化学元素的证据

本文对北极东西伯利亚陆架表层沉积物进行了粒度、黏土矿物以及常微量元素测定,阐述了粒度、黏土矿物和常微量元素的分布特征.利用因子分析与聚类分析划分了不同的沉积区,并探讨了各区沉积物的主要来源.结果表明,研究区可以划分为4个沉积区:(1)东西伯利亚海近岸河口区(Ⅰ区),沉积物以粉砂和砂质粉砂为主,TiO2、Zr、SiO2含...     

生物标志物IP25在北极海冰变化重建中的研究进展

在全球变暖背景下,北极海冰覆盖面积持续减少,对全球的温盐环流、海洋生物化学过程和气候变化产生了深远的影响,研究北极古海冰的变化可以使我们对北极环境有全面的认识,更准确地预测其未来的变化规律。近十年来,一种新发展的海冰生物标志物IP_(25)(Ice Proxy with 25 carbon atoms)被广泛用于北极及亚北极的海冰重建。IP_(25)是北极冰藻产生的一种高度分化的单不饱和类异戊二烯(HBIs),能够稳定地保存在海洋沉积物中。自从IP_(25)被发现以来,越来越多的研究者对其指示海冰变化的应用进行了深入的研究。本文首先总结了重建古海冰的传统指标和限制性并介绍了IP_(25)指示海冰的原理、由定性到定量的发展以及存在的局限性。然后归纳了利用IP_(25)重建北极地区海冰分布和变化的实例研究,涵盖了北冰洋中心、陆架边缘海、河口以及亚北极地区不同空间海域,跨越了近现代、全新世、第四纪以及中新世不同时间尺度。其中,近现代的海冰重建结果与海冰的卫星观测数据取得了很好的相关性,为古海冰的重建提供了基础;古海冰的重建为数值模拟古气候以及预测未来海冰变化趋势提供了重要依据。     

末次冰消期以来北极东北陆架对快速气候变化的响应

北极快速气候变化越来越深刻影响着北极地区以及全球的环境变化,已成为当今地球科学研究的重大前沿科学问题。北极东北陆架作为世界上最宽广平坦的陆架,既是北冰洋季节性海冰形成的主要源区,又是现代海冰变化最强烈的区域,对气候变化敏感,响应强烈,属于环境脆弱地区。通过全面分析近年来国际上在末次冰消期以来快速气候变化背景下北极东北陆架环境响应的研究进展和存在的主要问题,阐述了沉积物“源—汇”过程、海冰演化历史、碳循环以及快速气候变化事件等方面取得的研究成果,发现东北陆架地区沉积物和有机碳来源复杂,时空变化强烈,气候和环境变化过程与海冰演化息息相关。未来的研究应加强现代过程的长期连续观测,重视地质记录中气候环境演变信号的精确解译,深化数值模拟技术和大数据的挖掘与使用,开展不同时间尺度北极快速气候变化及其驱动机制研究,并加强北极快速气候变化对中纬度地区特别是对东亚以及我国环境变化影响的研究。     

早全新世白令海北部陆坡沉积环境快速变化

理解增暖背景下海洋环境的演化过程是海洋学和气候学一项重要的研究内容。在地质时期,地球经历了多次增暖时段（包括早全新世）,这为认识海洋环境演化过程提供了重要参考。早全新世全球气候经历了快速增暖,并伴随着冰原融化和海平面快速上升,对包括白令海在内的高纬边缘海的沉积过程和海洋环境产生显著影响。白令海发育宽阔的大陆架,毗邻北美大陆,接受来自育空河、阿纳德尔河和库斯科维姆河物质的供给。目前我们对白令海如何响应早全新世气候的认识还存在明显不足。本研究对位于白令海北部陆坡LV63-19-3岩心沉积物中陆源碎屑组份进行了高分辨率调查,结合沉积年龄模型,研究了早中全新世（距今11.7～5.5 ka）白令海北部陆坡陆源沉积演化过程。研究结果显示,在距今11.5～11 ka,白令海北部陆坡沉积速率高达392.9 cm/ka,在距今约9.7 ka以后降至17.2 cm/ka。在距今11～10.7 ka,发现一层厚约40 cm的暗色纹层状沉积层。在高沉积速率时段,沉积物平均粒径较细,距今9 ka以来平均粒径逐渐增大。主微量元素分析结果表明,陆源碎屑沉积物母岩性质以长英质沉积物为主,并存在少量火山碎屑源贡献。白令海北部陆坡高沉积速率事件对应于冰原融水脉冲（MWP）-1B事件（距今11.4～11.1 ka）,并导致白令海陆坡硅质生产力勃发。在距今11～10.7 ka研究区春夏季海冰覆盖增加抑制表层水体氧供给,夏、秋季持续冰川融水和高表层生产力进一步加剧了水体层化和海洋内部消耗,共同促进了纹层状沉积层的形成。距今9 ka以来白令海季节性海冰活动增强,但是陆源碎屑物质质量累积速率则逐渐减小,表明随着海平面上升,供给到研究区的陆源物质减少。我们认为早全新世白令海北部陆坡沉积环境快速变化是海平面、冰融水脉冲事件和季节性海冰活动共同作用的结果,实际上受高纬日射量、北美大陆冰原融化和全球气候变化控制。     

冲绳海槽南部沉积物碎屑锆石U-Pb年代学特征及物源示踪意义

冲绳海槽南部作为冲绳海槽全新世以来沉积速率最快的区域,其沉积物记录了物源区、黑潮及东亚季风演化等多方面的信息。通过碎屑锆石年代学,对冲绳海槽南部H4-S2孔沉积物开展了物源示踪研究。结合核密度估计图解（Kernel Density Estimation,KDE）、累积年龄分布（Cumulative Age Distribution,CAD）及其相关性分析,进行了研究层位和潜在物源区的可视化分析与相似性检验,揭示了研究样品中2个层位碎屑锆石的年代学特征及物质来源。物源分析结果显示,近200 a来冲绳海槽南部沉积物中的碎屑锆石记录了东海陆架、长江以及兰阳河来源的物质,指示了除兰阳河外,东海陆架及长江在晚全新世对冲绳海槽南部的沉积物质来源具有重要贡献。     

西伯利亚极地海域表层沉积硅藻分布特征及其与海洋环境变量的相关性研究

北冰洋西伯利亚陆架海是北极气候快速变化最为显著的海域之一,而沉积硅藻作为极地海洋生态系统的重要组成部分,对环境变化具有敏感的响应。对楚科奇海、东西伯利亚海和拉普捷夫海表层沉积物开展了硅藻组成鉴定,利用典型对应分析方法分析了硅藻属种与1986～2015年环境变量之间的关系。结果表明,夏季和秋季海冰密集度、表层海水盐度是影响研究区表层硅藻分布特征最主要的因素。此外,根据表层站位与环境变量的典型对应分析,可将西伯利亚极地海域划分为4个区域,分别为海冰硅藻组合带、暖水硅藻组合带、沿岸硅藻组合带和混合硅藻组合带。这些表层站位的分区与相应区域的海流模式有明显的相关性,海冰硅藻组合带仅分布于研究区北部的高纬度地区;暖水硅藻组合带位于受白令水和太平洋海水的分支——阿拉斯加沿岸水影响为主的区域;拉普捷夫海南部的沿岸硅藻组合带则受到河流径流和西伯利亚沿岸流的强烈影响;混合硅藻组合带受极地冷水、海冰覆盖、太平洋暖水和陆地径流的共同影响。     

全新世东海内陆架泥质区有孔虫特征及其古环境意义

东海内陆架泥质区是东海全新世高海平面以来的沉积中心,保存了冰后期海平面上升以来完整的全新世沉积记录,是研究东海古海洋环境变化的良好载体,也是研究全新世古气候、古环境变迁的绝佳材料。选取了位于东海内陆架泥质区中部的MZ02孔长岩心作为研究对象,通过对沉积物中有孔虫进行属种鉴定分析,并结合岩心沉积物的岩性特征和AMS14 C测年数据,主要依据底栖有孔虫组合,恢复了研究区全新世以来的沉积环境演化。研究表明,全新世以来东海内陆架泥质区的沉积环境呈现阶段性演化特征,经历了以下4个阶段的演化:阶段I(10.8～10.5cal.kaBP)为滨岸沉积环境;阶段II(10.5～8.3cal.kaBP)随海面快速上升沉积环境由内陆架滨岸向中—内陆架过渡;阶段III(8.3～5.2cal.kaBP)为台湾暖流十分靠近的中—内陆架沉积环境;阶段IV(5.2～0cal.kaBP)为沿岸流较强的内陆架沉积环境。暖水种丰度在8.4cal.kaBP出现高值,推测为台湾暖流形成之时。约4.0cal.kaBP以来表生种丰度呈现高值和底栖有孔虫18 O变轻,推测与沿岸流增强密切相关。     

楚科奇海盆M04柱晚更新世以来沉积古环境记录

对"中国第五次北极科考"采自楚科奇海盆的M04柱进行粒度、冰筏碎屑、黏土矿物、岩心XRF扫描、沉积物颜色分析,初步建立了楚科奇海盆晚更新世MIS4期以来的沉积地层框架。MIS4期以来,楚科奇海盆M04柱沉积物粒度和黏土矿物组成具有明显的冰期/间冰期变化特征,冰期沉积物粒度分布以双峰态为主,由洋流搬运和海冰搬运沉积组分组成,伊利石含量高、高岭石含量低;间冰期沉积物具有三峰态粒度分布特征,由海冰搬运、洋流搬运和冰山搬运沉积组分组成,伊利石含量低、高岭石含量高。通过M04柱黏土矿物组合类型与北冰洋边缘海盆的表层沉积物黏土矿物组合类型对比表明,晚更新世以来楚科奇海盆沉积环境发生显著变化:温暖的间冰期受波弗特涡流驱动,波弗特海为研究区的物源输入提供了主要贡献;寒冷的冰期表层环流呈反向输运,细颗粒物源碎屑以东西伯利亚海的输入为主。     

楚科奇海陆坡ARC5-M06柱样晚更新世以来黏土矿物组成变化的古环境意义

对中国第5次北极科学考察采自楚科奇海陆坡的ARC5-M06柱样进行粒度、冰筏碎屑、碎屑矿物、黏土矿物、岩心XRF扫描、沉积物颜色分析,初步建立了楚科奇海陆坡晚更新世MIS3期以来的沉积地层框架。ARC5-M06柱黏土矿物组合类型为伊利石(66%)-绿泥石(22%)-高岭石(9%)-蒙皂石(3%)组合,与北冰洋边缘海表层沉积物黏土矿物组合类型对比表明,MIS3期以来楚科奇海陆坡除MIS3期晚期黏土矿物陆源主要来自北美大陆的加拿大马更些河入海物质及少量太平洋水团携入的北美育空河入海物质外,其他时期均主要来自于东西伯利亚海的输入;自MIS2末次盛冰期以来,陆坡与海盆的黏土矿物源区发生了改变,陆坡主要来自于东西伯利亚海的输入,海盆主要来自于北美大陆物源输入,受波弗特海的输入影响较大。     

5000 aBP南部大洋南大西洋区南极表层水温急剧下降和浮冰扩张

我们根据南部大洋大西洋区南纬 53°活塞岩心分析结果重建南大西洋全新世南极表层水变化史。此岩心沉积速率较高 (全新世平均值为50 cm/ 1 0 3a) ,且位于亚南极的南大西洋 ,适用于古气候研究。钻位位于现代极地前缘带( PFZ)以南约 3°,冬季海冰边界以北约 2°。利用硅藻转换函数、硅藻内有机质的碳和氮同位素、粗粒沉积物 ( >1 50 μm～ 2 mm)中放射虫、有孔虫和浮冰碎屑相对丰度 ,对硅藻和有孔虫的氧同位素、二月表层海水和海冰盖层温度进行了测定 ,提供了 50 0 0 a BP表层水特征急剧变化的证据。1 0 0 0 0～ 550 0 a BP粗粒沉积物 ( >1…     

北极河流径流对北冰洋环流的影响

北极河流径流是北冰洋淡水的最大来源,其变化会对北冰洋中的诸多过程有重要影响。本文基于全球高分辨率海洋-海冰耦合模式的模拟结果,研究北冰洋温盐、海冰以及环流对北极河流径流的敏感性。通过对比有气候态北极河流径流输入的控制实验结果和径流完全关闭的敏感性实验结果,研究发现北极径流对北冰洋温度、盐度、海冰以及海洋环流等有显著的影响。关闭北极河流径流后,在河口附近的陆架上温度降低、盐度升高,且导致500 m深度处温度下降以及盐度升高;河口附近的陆架处,海冰密集度与海冰厚度增加。关闭北极河流径流也对北冰洋内的环流有影响:由于缺少来自欧亚大陆的北极径流的输入,穿极漂流与东格陵兰流流速减小且盐度增加;关闭北极径流导致近岸海表面高度降低,沿欧亚陆架的北冰洋边界流减弱,白令海入流增强。通过对比关闭北极径流实验与控制实验的温度和盐度剖面,发现关闭北极径流后大西洋层温度降低,各陆架海盐跃层的梯度减小,盐跃层厚度减小。     

末次盛冰期以来巴伦支海-喀拉海古海洋环境及海冰研究进展

巴伦支海-喀拉海是北冰洋最大的边缘海,能够对环境变化做出快速的响应和反馈,是全球气候变化最为敏感的区域之一,其古海洋环境演变及海冰变化研究是全球气候变化研究的重要组成部分。末次盛冰期以来,该区域的古海洋环境受到太阳辐射、海流强度、海平面变化、温盐环流和河流输入等因素影响发生了一系列不同尺度的波动。巴伦支海受到北大西洋暖水和极地冷水两大水团相互作用的影响,在水团交界处 （极锋) 由于不同水团性质的差异,导致其海水温度、盐度及海冰发生剧烈变化。而喀拉海则受到叶尼塞河和鄂毕河大量淡水输入影响,海流系统较巴伦支海相对复杂,沉积物主要来源于河流输入的陆源物质,并可以通过磁化率的分析明确区分两条河流的陆源物质。由于受到冷水和暖水的相互作用,巴伦支海-喀拉海海冰变化迅速,并且在全新世中晚期存在 0.4 ka 和 0.95 ka 的变化周期,但海冰变化的影响因素并不是单一的,而是气候系统内部各因子相互作用的结果。目前古海冰重建研究工作主要为定性研究,定量研究相对较少,所选用的重建指标也相对单一,另外存在年代框架差、分辨率低等不足。本文以巴伦支海和喀拉海为中心,总结了其快速气候突变事件、古温度盐度、海平面及海冰的变化,对影响因素进行了探讨,并通过分析末次盛冰期以来古海洋环境研究的不足,提出了相应的展望。     

重矿物在东海全新统分层和研究中的应用

本文根据七个钻孔中重矿物参数在垂直方向上的变化,将东海陆架晚更新世—全新世四万年以来的地层划分为4—6层。其中,大部分钻孔早、中、晚全新世地层发育完全,少数钻孔的全新世地层缺失。通常各矿物参数变化明显转折的层位就是地层分层界线之所在,并与岩性、古生物、~(14)C年代地层学的结果大体一致。文章还探讨了重矿物组合分区对横向地层对比、沉积环境、碎屑沉积特征和物质来源的意义。这些结论与中美联合调查所获得的东海陆架河口现代物质通量和扩散范围的沉积动力学状况基本吻合。     

黄海与东海泥质区高分辨率沉积记录研究新进展

陆架区沉积物季风代用指标在不同的地区可能具有不同意义,东海陆架泥质区的高分辨率古气候研究率先开始,有一大批成果通过提取敏感粒度指标进行东亚冬季风重建,并讨论了其与全球气候变化之间的驱动和响应关系;但有研究者指出,陆架沉积物的粒度指标更多的代表东亚夏季风信息,因此黄海地区更多的高分辨率沉积物古气候研究对此进行机制解释很有必要;古海洋学研究方面,最初依据有孔虫组合变化规律和AMS14 C年代学结合进行古海洋环境重建,后来不断有学者提供高分辨率古海水温度记录,近期沉积记录中古生态系统信息的提取为古海洋环境演化的研究提供了新的参考;工业革命以来,有机污染物、重金属污染在陆架区泥质沉积记录中变化明显,反映出人类活动对海洋沉积记录的影响。     

佛罗里达州萨拉索塔岸外沙脊:低能内陆架环境的复杂边界

使用旁侧声纳图像、地震反射剖面、表层沉积物样品、短岩心测绘了佛罗里达州萨拉索塔岸外内陆架，以确定近岸硅质碎屑砂区和滨外碳酸岩区的过渡带，并辨别这两种不同沉积相分布的过程。这些沉积相之间的过渡带是突变的，与内陆架的地形密切相关。一系列几乎垂直于海岸的低起伏沙脊成为内陆架的特点。地层方面，这些沙脊以全新世冲刷面的形式与下伏更新世和古一新近纪碳酸岩层分隔开来。尽管沙脊东南翼表层沉积物为细到极细硅质碎屑砂，     

日本海第四纪沉积记录及其海陆联系的研究进展

日本海作为西北太平洋一个主要的边缘海,其巨厚的海底沉积物不仅记录了海盆的古海洋演化信息,而且可用以重建晚新生代东亚大陆古气候演变。根据物质来源,日本海沉积物组成主要包括5类:风尘、河流碎屑、火山碎屑、冰筏沉积物以及海洋自生物质。其中陆源碎屑物质主要由大气环流(东亚冬季风和西风急流)和水动力过程(河流、海冰和洋流等)自东亚大陆(内陆干旱粉尘区和东部大河黄河和长江)、朝鲜半岛以及日本岛弧等源区搬运而来。过去气候演变使碎屑物质的源区和搬运动力强度等均发生变化,相应地,日本海中这些沉积物的物理化学组成、粒度及通量等也随之变化。第四纪时期,海平面的频繁升降变化成为影响冰期-间冰期旋回中日本海底层水环境以及沉积物自生组分特征改变的主要因素。基于近20年来日本海沉积物的来源及其古气候方面的研究进展综述,提出一些关于日本海区域沉积物以及古气候研究方面存在的科学问题。     

东海内陆架泥质区百年来黏土矿物组成变化及其环境意义

东海内陆架泥质区是东海现代沉积的"汇",其中黏土组分是泥质区沉积物的重要组成部分。沉积物中黏土矿物组合是反映沉积区物质来源和搬运动力状况的良好指标。本文利用XRD方法分析了东海内陆架泥质区两根沉积物岩心中黏土矿物组成和含量变化,结合放射性年代标定,揭示了近百年来黏土矿物组成的演变特征,探讨了黏土矿物的来源及其含量变化的制约因素。结果表明:东海内陆架泥质区沉积物以长江来源物质为主,受黄河及瓯江等河流物质的影响;近百年来内陆架泥质区黏土矿物组合发生显著阶段性变化,它们是东亚季风强弱波动和长江入海悬沙减少的共同作用的结果。     

末次冰盛期以来鄂霍次克海北部陆架的海冰变化

本文通过高分辨率粒度分析,研究了鄂霍次克海北部陆架LV87-54-1岩芯记录的海冰活动历史。利用AnalySize程序对粒度数据进行端元分析,提取了3个端元,并将EM3作为海冰指标。EM3含量结果表明,末次冰盛期以来鄂霍次克海北部陆架以活动性海冰覆盖为主。末次冰盛期和海因里希冰阶1期（HS 1）时EM3含量最高,指示海冰活动强烈。冰期时北半球中高纬度气候变冷与北极涛动负相位是导致海冰大规模扩张的主要控制机制,东亚夏季风减弱与黑龙江入海径流量的减少促使鄂霍次克海生成更多的海冰。自波令−阿勒罗德间冰阶开始以来,鄂霍次克海北部陆架海冰生成急剧减少,在新仙女木时期海冰曾出现微弱峰值,随后又快速下降。自全新世以来,受北半球中高纬度气候变暖、秋季太阳辐射量升高、北极涛动正相位和东亚夏季风的增强共同影响,EM3含量一直稳定在较低水平,鄂霍次克海海冰的生成受到明显抑制。