中国东海北部泥质区敏感粒度组分对东亚季风演变的响应

本文运用粒级一标准偏差方法对FJ04孔146cm以上部分进行敏感粒度组分分析与提取,证明选取的敏感粒度组分是本区重要的环境替代性指标,其平均粒径的变化可以用来指示东亚季风的强弱。获得了东海北部泥质区3ka以来东亚冬季风强度的演化过程,结果表明东亚季风经历了两个主要的演变阶段：①3．1．15kaB．P．为东亚冬季风较弱,...     

东海内陆架泥质区中全新世环境敏感粒度组分的地质意义

尝试恢复了中全新世东亚冬季风表现出的太阳活动以及ENSO周期变化。通过对东海内陆架泥质沉积区EC2005孔进行粒度分析以及AMS碳-14测年,对高分辨率敏感粒度资料揭示的中全新世近700a(距今5.2~5.9ka)东亚冬季风记录与GRIP冰心氧同位素记录的气候变化进行了对比,良好的对应关系说明,东亚冬季风变化与格陵兰冰心揭示的古气候变化有某种内在联系,期间东亚冬季风的增强得到了良好的区域性响应,同时又具有全球性背景。中全新世东亚冬季风具有明显的周期变化,主要表现为62,11a的太阳活动周期以及与现代ENSO周期相似的6,5a周期。东海内陆架EC2005孔泥质沉积物揭示的中全新世东亚冬季风变化与格陵兰冰心氧同位素记录的良好对应说明两者有相似的发生机制,可能是太阳活动以及古ENSO对全球气候系统的影响所致。     

近3000a来东亚冬季风变化在南海北部陆架泥质区的记录

通过对位于南海北部陆架泥质区ZJ2孔进行AMS14C测试和粒度分析,从中提取出了对沉积环境敏感的粒度组分进行了研究,结果表明:该敏感组分的粒级含量和平均粒径变化主要受东亚冬季风的强弱变化制约。根据该粒度指标,发现近3 000a以来东亚冬季风存在8次增强的记录,与格陵兰冰芯的记录有着较好的一致性,且在其他不同区域亦能找到相对应的气候变化证据,揭示了全球气候变化的区域性响应。     

8 ka来东海内陆架泥质区高分辨率沉积记录对东亚冬季风的响应

依据东海内陆架泥质区D03钻孔岩芯沉积物高分辨率粒度分析结果,筛选了对东亚冬季风有良好显示的敏感粒级,结合高精度年代框架,揭示了近8 ka以来东亚冬季风波动在泥质区的沉积记录,包括11个千年尺度的气候波动事件和5.4~4.9、1.8 kaBP以来的百年尺度的快速气候波动。与石笋、冰芯和泥炭的氧同位素曲线对比发现,东亚冬季风增强与世界范围的“8.2 ka”、“4.9 ka”、“3.8 ka”、“1.4 ka”和小冰期事件均有良好的对应关系,建立了全新世东亚冬季风增强与气候变冷事件的内在联系。8 ka以来东亚冬季风的演化大致可以分为3个阶段,即8.2~4.8 kaBP中高频波动期、4.8~1.8 kaBP波动较弱稳定期和1.8 kaBP以来的高频波动期。     

东海陆架北部泥质区悬浮体的絮凝沉积作用

1997年2月在东海北部取得悬浮体和底质样品，通过粒度分析和扫描电镜及能谱分析，探讨了陆架北部泥质区悬浮体的絮凝沉积作用，结果表明，生物因素是泥区悬浮体的发生絮凝的机制之一，可影响悬浮体在海水中的行为，生物活动产生的软组织，分泌物和粘膜等有机中将矿物矿屑和生物骨屑结构，吸附和捕集在一起形成絮凝体而迅速沉积，在悬浮体含量较低，水化学环境相对稳定的东海陆架，絮凝作用是泥质区得以形成的关键过程之一。     

青岛近岸泥质区敏感粒级组分及对沉积记录的指示

通过对青岛南部近岸泥质区3个岩心(Z14、Z16、QDZ03)进行粒度分析和AMS14C年龄测试,研究了沉积物粒度组成并提取了敏感粒级,探讨了敏感粒级的搬运机制及其环境指示意义。研究表明:研究区岩心沉积物以粉砂和黏土质粉砂为主,包含3个敏感粒级(敏感粒级1、敏感粒级2、敏感粒级3),分别对应粒度细端组分、中端组分和粗端组分,以悬浮和跳跃搬运为主,少量以滚动、推移方式搬运;沉积物主要受沿岸流输运的影响,粒度组分自东北向西南逐渐变细,反映了水动力条件自东北向西南逐渐减弱的趋势;其中,敏感粒级2对东亚冬季风增强事件具有较好的反映:利用QDZ03孔上部3.94 m岩心沉积物敏感粒级获得了近3 ka以来5个明显的东亚冬季风增强事件(230~370、1 050~1 180、1 400~1 550、1 850~1 950和2 250~2 350 aBP),对古气候记录具有较好的指示作用。     

近2ka以来东海内陆架泥质区记录的高分辨率古气候演化

通过对位于东海内陆架泥质区中部的MZ02柱样岩芯进行粒度、常量元素、AMS14C分析,获得了粒度和常量元素随时间变化的高分辨率曲线.结果表明,近2 ka以来研究区沉积环境稳定,以沿岸流控制的浅海沉积为主,沉积物中CaO/K2O,MgO/Al2 O3和MnO/Na2 O比值的变化与我国东部气候变化序列具有较好的一致性,证...     

东海陆架北部泥质区沉积动力过程的季节性变化

利用东海陆架北部泥质区（济州岛西南）及其周围不同季节５个航次的悬浮体资料和相应的底质粒度资料,对该泥质区沉积动力过程的季节性变化规律进行了分析。结果表明：东海陆架北部悬浮体的高含量区并不与该区的沉积中心（泥质区）相吻合,泥质区的形成需有物源的充沛供应和涡旋的动力效应相结合。泥质区沉积作用时空变化具有强烈的季节性。冬季泥质区悬浮体供应充足,涡旋中心向泥质区东南扩展,是本区接受悬浮体沉积的关键季节。夏、秋二季泥质区的大部分区域缺少悬浮体物源,涡旋中心向北退缩,致使泥质区沉积作用强度降低,并且主要影响泥质区的西北区域。春季泥质区沉积作用强度和影响范围大于夏、秋两季,但小于冬季。     

全新世高海平面以来东海陆架泥质沉积的东亚季风记录

东亚季风作为全球大气环流的重要组成部分,不仅深刻地影响和控制着中国的气候,在全球气候系统中也占有重要的分量,所以对于东亚季风演化历史的研究具有十分重要的意义。而全新世作为地质时代的最新阶段,其气候变化与人类社会、经济发展有着非常密切的联系,因此全新世以来东亚季风的演变历史具有极为重要的研究意义。     

东海内陆架泥质区沉积速率

对东海内陆架泥质区7个重力柱状样进行了210Pb活度分析测试,计算所得沉积速率为0.79~3.66 cm/a,平均值为1.97 cm/a,最高值出现在研究区最北端的CJ12-11号孔,属于东海高沉积强度区,其他6个柱状样沉积速率较低,属于次高沉积强度区。表层210Pb活度值分布与沉积物类型密切相关,可能主要受控于黏土矿物含量的高低;而表层210Pb活度值与悬浮体浓度则呈现出明显的正相关关系。另外,沉积速率与粒度参数综合分析,揭示了近百年来东海内陆架泥质区沉积作用稳定、泥质区呈向北扩张的趋势。     

对数比变换在因子分析法提取东亚冬季风敏感粒级中的应用——以南黄海中部泥质区H07孔为例

利用经典统计学分析等传统方法提取东亚季风敏感粒级时,往往因忽视了成分数据的闭合效应而造成对分析结果的误读,所确定的季风替代指标与已有指标的对应效果也不甚理想。以南黄海中部泥质区H07岩心为例,尝试对原始粒度数据做中心化对数比变换以消除闭合效应,再通过因子分析法从中提取出东亚冬季风敏感粒级,进而提出将F2因子得分值作为东亚冬季风强度的替代指标。结合AMS14C年代数据,重建了近6 200 aBP来的东亚冬季风演化历史,并将其划分为5个阶段：(1)6.2~4.99 kaBP,高水平强烈波动期;(2)4.99~3.66 kaBP,高水平小幅波动期;(3)3.66~0.87 kaBP,低水平亚稳定期;(4)0.87~0.14 kaBP,持续增强期;(5)0.14 kaBP至今,大幅减弱期。所提取的替代指标与其他气候指标有很好的对应,证明将中心化对数比变换引入到季风敏感粒级的提取过程中是可行的,能有效地揭示出更接近于真实的中国东部地区东亚冬季风演化历史。     

近60年来南黄海沉积物高分辨率敏感粒级对东亚冬季风的响应

对南黄海中部泥质区F306柱状样的沉积物进行分析,运用粒径—标准偏差法,得出该孔敏感粒级组分为23.10~65.30 μm (5.44Φ~3.94Φ),其粒级的含量15.6%~22.3%,平均粒径38.5~41.4 μm (4.70Φ~4.59Φ),证明敏感粒级可以作为东亚冬季风的高分辨率替代指标,进一步阐明了敏感粒级作为东亚冬季风替代指标在更高分辨率上的可行性。根据敏感粒级沉积记录,在1950—1986年期间,将东亚冬季风分为强—弱—强3个阶段,指示了该阶段东亚冬季风存在近10年的周期。1986/1987为近60多年来东亚冬季风由强变弱的转折点,与东亚气候变化具有较好的对应关系,首次在中国东部海域中记录了此逆转事件,认为1986年后沉积物敏感粒级的变粗可能与长江物源变粗、东亚冬季风的减弱以及夏季风增强有关。     

东海内陆架沉积物敏感粒级构成及其地质意义

沉积物粒级包含了大量的沉积环境信息,在古环境恢复和重建中被广泛应用。基于采自东海内陆架的三根沉积物岩芯,作者利用激光粒度分析方法研究了沉积物的粒度组成,确定了敏感性粒级,探讨了搬运机制及其环境意义。研究表明:东海内陆架现代沉积物含有大致相同的三个敏感性粒级,分别是粒级1(12μm)、粒级2(12—225μm)和粒级3(225μm)。从北到南敏感粒级具有逐渐细化的趋势,该趋势与长江入海沉积物向南搬运过程中发生的沉积分异作用有关。粒级1和粒级2分别由均匀悬浮次总体和递变悬浮次总体构成,而粒级3则由生物过程产生。结合该区的海洋动力特征,作者认为,粒级2可较好地用来指示冬季海洋动力强度,并具有揭示东亚冬季风强度的潜在意义。     

东海内陆架表层沉积物粒度及其净输运模式

根据对东海内陆架海底沉积物的粒度测试,运用Gao-Collins"粒度趋势分析"方法,探讨了东海内陆架海底表层沉积物的粒度分布特征和净输运趋势。结果表明,研究区表层沉积物可以分为两类:细颗粒(>5Φ)和粗颗粒(<5Φ);细颗粒分布于研究区的大部分区域,而粗颗粒主要分布在闽江、瓯江等入海河流口门以及马祖等海岛附近;表层沉积物的平均粒径、分选系数、偏态等粒度参数对应性较好,总体特征为粒径越粗,分选越差,偏态更正偏,而粒径越细,分选越好,偏态也较低;粒径趋势分析显示东海陆架表层沉积物的运移模式总体为NE—WS方向运移,而研究区边缘在运移过程中发生向左右两侧的偏移,南部闽江河口区沉积物由近岸向海方向辐射运移,研究区表层沉积物的净输运模式主要受控于流系和地形等多种因素。     

东海内陆架泥质区表层沉积物稀土元素的分布特征

通过对东海内陆架泥质区30个表层沉积物样品中的稀土元素、主微量元素、TOC、CaCO3、沉积物粒度进行了分析,讨论了影响稀土元素分布的原因。结果显示东海内陆架中ΣREEs为182.8～221μg/g,均值为206.5μg/g,明显高于黄土、黄河及雅鲁藏布江中稀土元素的含量,与长江、瓯江中稀土元素含量接近。稀土元素的球粒陨石标准化配分模式及(La/Yb)N比值显示,轻稀土显著富集,存在显著的δEu异常。稀土元素上地壳标准化配分模式显示稀土元素与上地壳之间不存在显著的分馏,稀土元素存在显著的"四分性"。稀土元素与粒径、有机质、CaCO3之间不存在相关性,表明研究区中稀土元素含量不受上述3个因素的控制。元素比值及稀土元素上地壳标准化配分模式显示研究区稀土元素主要源于长江。     

东海内陆架泥质沉积反映的古环境演化

通过对东海内陆架闽浙沿岸泥质沉积体的MD06-3040孔进行粒度及年代测试,重建了东海内陆架1万年以来的古环境。认为研究区的沉积环境曾发生过3次变化:孔深18.6m至底部(10~10.7kaBP)对应近滨环境;15.13~18.6m (7.1~10kaBP)为过渡带环境;0~15.13m (0~7.1kaBP)是海侵结束后高海平面的浅海环境,自10kaBP以来东海沿岸流开始影响本区并不断输送河流来源物质,7kaBP起形成稳定的泥质沉积体。根据该孔沉积物的沉积速率与粒度组分特征,说明不能简单地应用平均粒径指示冬季风强度,在东海地区,不仅冬季风控制着沿岸流强度,夏季风也会影响河流入海物质的搬运沉积作用。     

南海北部中更新世0.78～1.0 Ma期间的陆源碎屑粒度记录

南海北部陆坡大洋钻探计划(ODP)1144站的高速堆积体为高分辨率的古环境研究提供了良好的材料。通过分析1144站陆源碎屑的粒径分布,高分辨率地(200a)研究了中更新世气候转型期(0.78～1.0Ma)东亚夏季风演变在南海北部的记录。结果显示,陆源碎屑的粒径比值(3.5～8.2μm)/(9～23μm)可以作为东亚夏季风演化的替代指标,高值代表强盛的夏季风。这个比值指示了夏季风在920ka时突然增强,表明中更新世转型以夏季风突然增强为起点,此后夏季风处于不断加强和减弱的循环状态,说明了中更新世气候转型是一个渐变的过程。东亚夏季风演化的强弱与北半球夏季日射量基本呈线性关系,显示东亚季风演化的天文驱动机制。频谱分析发现,夏季风演化存在3.3ka和1.2ka左右的千年尺度周期,且在转型前后千年尺度周期也发生变化,说明中更新世的气候转型不仅表现在轨道尺度的气候周期变化上,也体现在千年尺度气候波动的特征变化上。     

东海内陆架沉积气候信息的端元分析模型反演

应用沉积物粒度端元分析模型对在东海内陆架泥质区取得的30号柱样的高分辨率粒度数据序列进行了反演,分离出3个端元,根据端元的频率分布特征和已有研究结果,认为3个端元可能为现代陆源细颗粒物质(EM1)、现代陆源粗颗粒物质(EM2)和风暴带来的残留沉积区再悬浮物质(EM3),并对本区域的水动力环境进行了分析,认为分离出的端元EM1和EM2的比值EM2/(EM1 EM2)序列可以反映东海沿岸流强度的历史变化,进而反映东亚冬季风强度和中国温度波动的历史。该序列与观测到的近百年来东亚冬季风强度记录、竺可桢的中国温度波动曲线以及葛全胜的中国东部冬半年温度变化序列有很好的对应关系。得出的气候指标序列在竺可桢给出的公元600—1100年高温期间的780—920年出现了一个极小值区,为许多作者推测的公元780—920年出现一个短暂的冷期提供了佐证;另外该序列近百年来变化幅度明显,反映了人类活动的影响。