末次冰消期冲绳海槽中部表层和温跃层海水温度演化的脱耦现象

解读末次冰消期全球水文气候演变过程对于理解气候系统对内外强迫的响应具有重要意义. 以冲绳海槽中部OKI02岩心为材料,通过浮游有孔虫Globigerinodes ruber和Pulleniatina obliquiloculata壳体Mg/Ca比值分别重建了19 ka BP以来海槽中部表层和温跃层海水温度（SST和TWT）,结合浮游有孔虫群落组成变化重点恢复了末次冰消期（~18~11.7 ka BP）上层水体温度变化的特征和过程. 结果显示SST在LGM显著偏低,末次冰消期表现为显著的千年尺度变化,清楚地记录了HS1、B/A、YD等快速气候波动事件. 19 ka BP以来重建的TWT整体呈明显的上升趋势,但波动频繁而剧烈,末次冰消期相对较低,未显示显著的千年尺度变化. 对比北半球高纬和热带太平洋的记录发现,末次冰消期冲绳海槽中部SST开始上升的时间基本与前者相当,但明显滞后于热带西太平洋;冰消期其变化模式明显区别于热带西太平洋持续稳定的升温过程,而更类似于北半球高纬区的变化. 与SST明显不同,海槽区温跃层的升温（~18 ka BP）明显早于北半球高纬变暖,却接近于热带西太平洋海表温度开始上升的时间;且TWT的上升和波动方式也更接近于热带太平洋海温的变化模式. 对末次冰消期SST和TWT差异化演变的分析表明,AMOC对中低纬大气环流的影响可能通过东亚冬季风强度的变化控制了海槽区SST的演变,而热带太平洋ENSO过程则可能通过黑潮强度的变化决定了区域TWT的演化. 末次冰消期冲绳海槽中部SST和TWT演化存在明显的脱耦现象,显示了其与高、低纬海洋和气候变化之间的密切联系.      

末次冰盛期黑潮变化的数值模拟

黑潮是北太平洋西部边界流, 能够携带西太平洋暖池热量向北输送, 影响中国海的水文循环及全球气候。本研究利用高分辨率区域海洋模式(ROMS), 模拟了现代及末次冰盛期(LGM)黑潮流量和流轴的三维结构。气候态分析再现了现代黑潮的流量, 在PCM-1阵列、PN测线和吐噶喇海峡的流量分别是23.8 Sv、28.0 Sv和28.2 Sv, 与观测结果接近。LGM模拟中以上3个断面流量分别为34.5 Sv、34.4 Sv和34.9 Sv, 流量明显增加。垂直结构显示末次冰盛期(LGM)时期黑潮主轴仍位于冲绳海槽内, 深度范围也比现代大。LGM时期黑潮进入冲绳海槽前受到海槛阻挡, 部分黑潮流向发生偏转, 使得琉球海流加强。LGM时期黑潮加强主要受副热带环流圈信风加强和风应力旋度减小造成的Sverdrup输送加强控制。黑潮上游北赤道流加强, 导致向北输送流量增加。研究结果可以帮助认识黑潮在全球水循环的重要作用。

     

末次冰消期以来长江口沉积环境演化及沿岸流变化

长江口附近的沿岸流和水团变化对研究长江三角洲沉积物的“源-汇”机制具有重要意义.对HZK2孔沉积物的粒度、年龄和有孔虫分布特征进行了研究分析.结果表明:HZK2孔52.5 m以上有孔虫均有分布,底栖有孔虫丰度在12 m以上和26.0~52.5 m含量超过40枚/g,代表不同沿岸流和水团的有孔虫属种含量在垂向上呈现明显的分带性.HZK2孔全新世以来经历了河口湾和水下三角洲两大沉积体系,并在全新世早期发育潮流沙脊.末次冰消期,钻孔所在位置受长江冲淡水和苏北沿岸流共同影响.全新世早期,则受苏北沿岸流影响为主;在此之后,长江口冲淡水的作用减弱,苏北、黄海沿岸流影响较强.全新世中晚期,苏北沿岸流、长江冲淡水、江浙沿岸流和东海外海水团多种水体共同作用钻孔所在海域,全新世晚期长江冲淡水作用占绝对优势.      

南海放射虫与海表古温度转换函数的建立与检验

南海表层沉积物中放射虫分布与现代表层海水温度之间存在着较好的非线性关系。本文根据南海100个站位表层沉积中100个放射虫种类的丰度统计数据,采用主成分因子分析和多元线性与非线性回归方法,经数学分析筛选出29个站位和25个种类,用于探讨南海放射虫的古温度转换函数关系,分别建立了夏季和冬季的线性和非线性回归方程,并讨论它们的共同度、复相关系数、解释方差和估计误差。分析与检验结果显示,所建立的南海放射虫组合与冬季海水表层温度转换函数公式比夏季转换函数公式具有更好的参数指标与适用特征。文中对转换函数的建立方法与问题做了详细讨论。     

末次冰消期以来辽东半岛东南近岸泥质区的古环境演化

辽东半岛东南近岸泥质区是北黄海全新世高海面以来的沉积中心之一,末次冰盛期以来,随着海平面的阶梯式上升在该区域形成了特征的沉积地层,这些地层是研究陆架区沉积环境演化与事件沉积的良好载体。本文通过对取自辽东半岛东南近岸泥质区4个柱状岩芯的岩性、微体古生物以及AMS 14C年代学的分析,探讨了研究区末次冰消期以来的沉积环境演化。研究表明,辽东半岛东南近岸泥质区末次冰消期以来的沉积环境演化与海平面变化存在良好的对应关系,具有明显的阶段性特征：末次冰消期至约10396cal.a B.P.期间的低海面沉积阶段对应海水尚未到达研究区的河流沉积环境;海水自约10396cal.a B.P.开始侵入研究区,海平面变化在-43~-47m,海水在此停滞徘徊了近千年,对应代表陆海沉积发生转换的盐沼沉积环境;随着海平面的逐渐上升,形成了全新世以来的沉积地层,自下而上可划分为约10369~6778cal.a B.P.海平面上升期间和约6778cal.a B.P.高海面以来两个沉积阶段,分别对应潮流作用下的潮坪-滨海沉积环境和沿岸流及黄海暖流为主的环流体系影响下的浅海沉积环境。研究区泥炭层的AMS 14C日历年龄介于约10396~10369cal.a B.P.之间,与Younger Dryas事件在北黄海响应的泥炭层或硬质粘土层为不同时期的沉积,与发生在末次冰消期以来两次融水脉冲事件MWP-1B（11.6~11.3cal.a B.P.）与MWP-1C（9.9~9.0cal.a B.P.）之间海平面缓慢上升期相吻合,表明北黄海这一时期泥炭层的形成可能与两次融水脉冲事件期间的海平面变化过程密切相关,可作为这一海平面事件在北黄海陆架响应的一个重要证据。而这一时期泥炭层的出现表明北黄海这一海平面缓慢上升过程中存在停滞阶段。截至目前,这一海平面变化过程的响应沉积在中国东部其他陆架海区证据相对较少,有待进步一研究。     

云南腾冲青海湖泊沉积物物化参数的特点、环境意义及末次冰消期以来气候环境变化

根据对云南腾冲青海湖泊沉积钻孔样品的粒度特征、总有机碳、碳酸盐、磁化率及年代学分析测试, 探讨了各指标的变化特点及其环境指示意义, 指出了云南高原湖泊沉积物化指标的特殊性及其变化特点。在此基础上, 重建了云南腾冲地区末次冰消期(15830a B.P.)以来沉积环境与气候干湿变化历史。通过青海沉积物年代序列的重建和综合各物化参数分析得出, 云南腾冲地区自15830a B.P.以来总体呈现冷湿-温湿-暖干-温和偏干的气候演变过程, 并可分为4个阶段, 即15830~12790a B.P.气候温凉偏湿; 12790~4680a B.P.为温暖湿润期, 湖泊水位高, 气候湿暖, 降水多; 4680~312a B.P.气候特征呈现出从温湿到暖干气候逐渐演化, 降水减少, 湖泊水位下降; 312a B.P.以来气候特征为前期温和湿润, 后期具有暖干化特征, 反映了近几十年来全球气候变暖导致的气候变化趋势并叠加了研究区人类活动对区域环境的影响。     

末次冰消期以来泰国湾沉积物物源变迁的元素地球化学证据

本文对泰国湾西部T93柱状沉积物样品进行了常微量元素测试,探讨了沉积物物源和沉积环境变迁。T93柱状样全长381 cm,底层年代约14640 cal.a B. P.,间隔10 cm取样测试,样品平均年代间隔375 a。测试结果表明,末次冰消期以来泰国湾沉积物来源主要经历了4个阶段的变迁：1)14640~ 11700 cal.a B. P.期间,该阶段为低海平面时期的陆相沉积,沉积物为粘土质粉砂,Na、K、Ca等活跃的碱金属和碱土金属元素含量较低,Ti、Zr、Ba等含量高,表现出强烈的化学风化特征;δEu平均为0.60,(La/Yb)_PAAS平均0.92,物质来源以马来半岛为主,但分异程度高,成分较复杂。2)11700~8000 cal.a B. P.期间,该阶段为海平面快速上升期的滨海沉积,沉积物主要为粘土质粉砂,粉砂组分含量开始增加,Mg和Mn元素含量大幅升高,Fe、Ti含量减少;δEu平均为0.58,(La/Yb)_PAAS平均0.99,物质来源主要为马来半岛。3)8000~4000 cal.a B. P.期间,该阶段为高海平面时期的陆架沉积,沉积物包括粉砂和粘土质粉砂,Mg、Na、Ca含量明显增大,化学风化程度减弱;δEu平均为0.60,(La/Yb)_PAAS平均1.08,沉积物主要来自中南半岛。4)4000 cal.a B. P.至今,该阶段为海平面稍有下降的稳定陆架沉积,沉积物主要为粉砂,沉积物元素总体稳定,现代沉积体系基本形成;δEu平均为0.62,(La/Yb)_PAAS平均0.97,沉积物以马来半岛物质为主,中南半岛物质为辅,物源与现代一致。

     

苏北盆地浅钻沉积物磁化率与粒度记录的末次冰消期以来的环境变化

通过对苏北盆地YZ浅钻沉积物磁化率和粒度指标的分析,揭示了区域气候环境的变化过程和特征。研究结果表明,16.7～13.5 cal kaBP气候相对温暖湿润;13.5～11.2 cal kaBP为一个较为显著的冷干期;11.2~1.1 cal kaBP为一整体气候相对稳定期,以温暖湿润为特征;另外,还记录到了多次的气候波动事件,其中较为显著的为YD事件和发生于3.0 cal kaBP的气候事件。研究结果与中国西南贵州董歌洞石笋和格陵兰GRIP冰芯等记录有着较好的对比,但在细节上存在着一定的差异,这反映了研究区的气候环境变化具有自身的区域性特征,同时也反应了与全球气候变化的一致性。     

青海共和盆地达连海晚第四纪高湖面与末次冰消期以来的环境变化

干旱区晚第四纪已有较多高湖面与湖泊演化的报道和研究,对于认识区域环境变化有重要意义,但高湖面出现的时间尚存争议,高分辨率的气候环境记录仍相对缺乏。本文通过青海共和盆地达连海湖岸地貌考察和AMS 14C 年代学研究,讨论达连海古湖晚第四纪高湖面出现的可能时间; 并通过达连海DLH99孔岩芯年代和高分辨率代用指标,讨论高原东北缘末次冰消期以来的气候环境变化。达连海周围存在6级高湖面岸线或台地,14C 测年结果显示,最低的两级湖岸堤形成于全新世,其余湖岸台地年代均老于44cal.kaB.P.,当时在达连海地区形成一个较大的古湖泊。DLH99孔显示达连海近15cal.kaB.P.沉积了40.92m的湖相沉积物,平均沉积速率高达2.7mm/a。孢粉资料揭示出,现代干旱的共和盆地在末次冰消期以来存在两个山地针叶林发育阶段,分别位于末次冰消期和全新世早中期。全新世早中期是适合山地针叶林植被发育的气候最宜期,而晚全新世山地森林植被整体衰退。粒度分析结果显示,达连海全新世低水位时期对应于岩芯中部山地森林植被发育的晚期,出现较强烈干旱事件(岩芯深13～15m段),这种湖泊水位与植被所指示的气候变化不一致现象(即低水位时期盆地内耐旱植物和山地乔木花粉同时增加),可能揭示出干旱区山地与盆地环境对区域气候不同响应。达连海存在的系列高湖面和冰消期以来的完整气候记录,为理解晚第四纪季风边缘区气候变化过程及其机制提供了条件。     

Planktonic Foraminiferal and Alkenone Records of the Last Deglaciation from the Eastern Arabian Sea

The oxygen isotope record of planktonic foraminifera from tropical core MD77194 (Eastern Arabian Sea) exhibits a clear two-step deglaciation with a brief δ¹⁸O transient event. In the tropics, this δ¹⁸O maximum could correspond to a cooling or to a change in the δ¹⁸O content of sea water. In this study, past sea-surface temperature (SST) and primary production (PP) are reconstructed from foraminiferal transfer functions and compared to values estimated from alkenone measurements. SST and PP records from both proxies indicate a 1.5–2.5°C deglacial warming, coupled with a PP decrease, and a 0.5–1°C cooling during the Younger Dryas (YD). A detailed comparison between independent micropaleontological and geochemical proxies helps us identify potential biases and thus strengthen the paleo-reconstructions.     

冲绳海槽末次盛冰期孢粉组合的古环境指示意义

冲绳海槽西陆坡末次冰期的高沉积速率为高分辨率研究提供了良好的材料,DGKS-9602钻孔通过氧同位素年代对比,总长931cm的岩心保存了相当于氧同位素阶段1～3的沉积记录．孢粉分析的结果表明,OIS1和OIS三阶段松属花粉含量占优势,平均含量达65％以上,而OIS2阶段松属百分含量明显降低,草本植物花粉含量增加,超过50％．松属与蒿属等草本花粉间的相互消长指示了海平面的升降,并与氧同位素曲线的变化趋势相似．末次盛冰期中国东部大陆架覆盖的植被以草地为主,由于冲绳海槽在末次盛冰期时的绝大部分沉积物质与大陆架的剥蚀作用有关,来自长江中上游山地较远距离带来的物质和山地花粉相对减少．与中国东部尘土花粉结果对比发现,现代东海表层蒿属与禾本科比值（A／P）所指示的纬度正好与长江中下游平均纬度相当,而冲绳海槽末次盛冰期的A／P比值所指示的陆地环境比现代高7个纬度,证明末次盛冰期植被带南移,与前人陆地记录的结果相吻合．     

Planktonic Foraminiferal Assemblage Variations of Ontong-Java Plateau during Late Quaternary and Their Implications for Paleotemperature in the Western Pacific Warm Pool

Ocean Drilling Program (ODP) Site 807A was recovered from the Ontong-Java plateau, western equatorial Pacific. Quantitative analysis of planktonic foraminifera, combined with oxygen and carbon isotope data, reveals the glacial-interglacial variations of sea-surface temperature and the upper water vertical structure in this region during the late Quaternary. Our results indicate that since 530 ka sea-surface temperature (SST) and the depth of thermocline (DOT) have changed significantly in the western Pacific warm pool (WPWP). The average glacial-interglacial annual SST difference was up to 4.2 ℃ , and the DOT fluctuations could exceed more than 100 m, further suggesting the instability of the WPWP. The spectral analyses of SST and DOT reveal two dominating cyclicities--the typical 100 ka cycle and the semi-precessional cycle, which is significant in the tropical spectrum, indicating that late Quaternary paleoceanographic changes in the study area were influenced not only by a high latitude forcing but also by tropic-driving factors.     

全新世冲绳海槽北部表层海水温度和初级生产力对黑潮变迁的响应

在冲绳海槽北部B-3GC孔高分辨率地层年代框架的基础上,利用多种分子生物标志物和生源组分指标,重建了该地区全新世以来表层海水温度和生产力的变化历史.研究发现,U37K-表层海水温度和生产力的变化指示了全新世黑潮及对马暖流分支的变迁.10.6～7.3 ka BP期间,冲绳海槽北部主要受东海陆架冷水团影响,陆源物质输入量增加,初级生产力比较高,表层海水温度较低.7.3～4.6 ka BP期间,黑潮暖流对该区的影响迅速增强,表层海水快速增温,陆源物质输入减少,但是各种生产力指标显示出上升趋势,与该区上升流的出现和迅速发育有关.4.6～2.7 ka BP期间,即全新世普林虫低值事件(PME)期间,表层海水温度明显降低了0.8～1.4℃,陆源物质输入增加,初级生产力和各种生源组分的含量也达到较高水平,说明此时黑潮强度减弱,或者黑潮主流轴向太平洋方向发生偏移,该区再次受到陆架冲淡水的影响.2.7 ka BP以来,虽然黑潮暖流再次影响到该海区,但初级生产力和生源物质输出量继续大幅增高,可能与该地区上升流的持续发育有关.     

冲绳海槽中部Jade热液区热液沉积物中Ag的富集成矿作用

冲绳海槽Jade热液活动区热液沉积物主要以块状硫化物和硫酸盐矿物为主。与其它热液活动区相比,本区的热液沉积物以富含Pb和Ag等元素为特征。电子探针和中子活化的分析结果表明,在块状硫化物矿石中,Ag主要以分散态富集在粗粒硫化物和细粒硫化物集合体中,在热液活动的早期和晚期均有Ag的富集。在以硬石膏为主的块状矿石中,Ag主要在细粒硫化物集合体中富集,其富集成矿的时间为热液活动的中后期,富集成矿温度在150℃以上。在重晶石为主的块状矿石中,Ag主要以颗粒状自然银的形式在热液活动后期富集成矿,其成矿温度低于160℃。     

海底玄武岩中斜长石研究及其岩石学意义

冲绳海槽海底玄武岩中存在着三种不同世代的斜长石 :斑晶、微晶和基质斜长石 ,它们的平均粒径分别为 10 0 μm±、13μm±和 2μm±。斑晶斜长石在结构上存在核部与边部之分 ,在成分上反映为 An值出现明显的两级“台阶”,即 An值在80～ 90间波动的核部“平台”和 An值在 60～ 70间波动的边部“平台”,边部“平台”的成分与微晶斜长石一致。斜长石的结晶温度显示 ,斑晶核部温度为 12 50℃± ,边部温度为 10 50℃± ,而基质斜长石的结晶温度在 950℃±。笔者认为斜长石的这些特征 ,基本反映了该玄武岩浆的活动过程 :斑晶斜长石的核部记录了源区特征 ,边部及微晶斜长石反映了岩浆房中活动的特征 ,基质斜长石则记录了岩浆喷出洋壳后的过程。     

冲绳海槽千年来陆源物质输入历史与东亚季风变迁

为解决近1000年以来东海沿岸地区气候演化及其对南冲绳海槽陆源物质输入的影响, 对取自南冲绳海槽的MD05-2908孔上部(0~810cm) 共78份孢粉样品和199份有机碳同位素样品进行了分析.结果显示, 近1000年以来南冲绳海槽陆源物质输入存在着显著波动, 其中1100~1040aBP、960~880aBP和800~480aBP期间, 陆源物质输入比例增加; 1040~960aBP和480~230aBP期间, 陆源物质输入比例减少.将陆源物质输入指标与陕西佛爷洞δ13C含量记录对比分析, 发现陆源物质输入比例变化与季风的变化密切相关.当夏季风减弱时, 导致降雨带长时间集中在南部地区, 增强的降雨量提高了风化剥蚀以及沉积物向海洋搬运的能力, 使得陆源物质供应量增加.      

冲绳海槽南部表层沉积物地球化学特征及其物源和环境指示意义

对冲绳海槽南部陆架、陆坡和海槽 33个表层沉积物进行了元素地球化学分析,结果表明研究区沉积物的主要化学组成为SiO₂ 、Al₂ O₃ 和CaO,这三种组分占沉积物总量的 6 8%左右。多数元素在陆架和陆坡的变化范围较大,在海槽区相对稳定。向海槽方向随沉积物粒径变细,SiO₂ 和CaO减少、Al₂ O₃ 和其它多数元素含量增加。常量元素和Al₂ O₃ 的比值分布特征表明,本区沉积物由物源区经由陆架向海槽输送,沉积物主要由陆源碎屑沉积组成,此外还有生物碎屑沉积和自生沉积。陆架区部分微量元素富集因子 (EF)与长江和黄河沉积物的富集因子对比结果表明,本区的沉积物与长江沉积物的关系更为密切。陆坡区Cu、Pb、Zn、Co、Ni和Cr的富集因子较高是由于生物的富集作用造成的,Mn的富集主要是自生沉积的结果。用R型因子分析方法对沉积物的化学组成进行了分析,结合元素的分布特征,给出了四个主因子所对应的沉积环境和特征元素组合,分别为 1)陆架型的元素组合 :SiO₂ 、TiO₂ 、Zr、CaO和Sr,2 )陆坡型的元素组合Fe₂ O₃ 、MgO和P₂ O₅,3)海槽型的元素组合 :Al₂ O₃ 、K₂ O、Cu、Zn、Co、Ni、Cr和Ba,4 )反映沉积环境氧化-还原属性的元素组合 :MnO和FeO。     

内蒙古与冲绳海槽和南中国海晚第四纪末次冰川盛冰期以来古气候记录

控制东亚气候的东亚季风夏季风北界的内蒙古盐湖沉积物记录了晚第四纪末次冰川盛冰期以来的气候冷暖干湿变化特征及各类重要的气候事件。通过对内蒙古伊克昭盟杭锦旗盐海子Ya0 1孔岩心沉积物的有机碳、碳氮比、碎屑矿物成熟度、磁化率、氧碳稳定同位素和沉积物成分的研究表明 ,全新世大暖期起止时间为 8～ 4kaB .P .,其气候特征为暖干型。这一气候特点可与中国北方黄土、冰川、冲绳海槽沉积物及南海有孔虫Pulleniatinaobliguilocalata等代用气候材料所记录的气候波动进行对比 ,也可与加拿大阿尔伯特地区及北美大平原全新世的气候演变特征进行对比。     

Change of Gas Hydrate Reservoir and Its Effect on the Environment in Xisha Trough since the Last Glacial Maximum

In this article, Milkov and Sassen’s model is selected to calculate the thickness of the gas hydrate stable zone (GHSZ) and the amount of gas hydrate in the Xisha (西沙) Trough at present and at the last glacial maximum (LGM), respectively, and the effects of the changes in the bottom water temperature and the sea level on these were also discussed. The average thickness of the GHSZ in Xisha Trough is estimated to be 287 m and 299 m based on the relationship between the GHSZ thickness and the water depth established in this study at present and at LGM, respectively. Then, by assuming that the distributed area of gas hydrates is 8 000 km2 and that the gas hydrate saturation is 1.2% of the sediment volume, the amounts of gas hydrate are estimated to be ~2.76×1010 m3 and ~2.87×1010 m3, and the volumes of hydrate-bound gases are ~4.52×1012 m3 and ~4.71×1012 m3 at present and at LGM, re- spectively. The above results show that the thickness of GHSZ decreases with the bottom water tem- perature increase and increases with the sea level increase, wherein the effect of the former is larger than that of the latter, that the average thickness of GHSZ in Xisha Trough had been reduced by ~12 m, and that 1.9×1011 m3 of methane is released from approximately 1.1×109 m3 of gas hydrate since LGM. The released methane should have greatly affected the environment.