南海南部120ka以来元素地球化学记录的东亚夏季风变迁

利用XRF岩芯元素扫描仪对南海南部MD05-2896孔岩芯样品进行1 cm间隔的元素测试。该孔底部年龄约为120ka。研究表明,南海南部间冰期夏季风活动增强,上升流发育;夏季风和降雨带来的陆源有机物输入增加,提高了表层的生产力;冰期夏季风减弱,陆源有机物输入减少,表层生产力降低。海洋表层生产力在MIS3早期(60~40 ka)较高,指示该时有特强的夏季风,上升流作用增强。Ba/Ti值表明东亚夏季风的强弱变化,并与北半球夏季日射量基本呈线性关系,体现了东亚夏季风演化的天文驱动机制。     

南海西部54万年以来元素地球化学记录及其反映的古环境演变

通过对南海西部上升流区MD05-2899孔开展高分辨率碳酸盐地层学和XRF岩芯扫描元素地球化学分析,重建了晚第四纪54万来以来东亚夏季风的演化历史,探讨海平面升降对南海西部陆源碎屑供应量的影响。研究选用了ln(Ba/Al)作为该海区古生产力的指标,ln(Br/Al)作为有机物的指标,ln(Ti/Al)作为陆源碎屑供应量的指标。研究结果显示,东亚夏季风在过去54万年以来强度不断增强,具有明显的冰期—间冰期旋回特征,在间冰期强盛和冰期减弱,是控制该海区有机物含量变化的主要因素。东亚夏季风不断强盛可能直接导致了南海周边陆地降雨增强,河流径流量加大,使得南海西部上升流区域的陆源碎屑供应量在间冰期明显高于冰期。研究发现,当相对海平面低于-60 m的时候,大面积暴露的巽他陆架可能向南海西部深水区输入大量陆源碎屑物质,造成研究站位的陆源碎屑供应量在冰盛期出现高值。因此,晚第四纪的东亚夏季风演化和海平面升降共同控制了南海西部上升流区陆源碎屑物质供应量的变化。     

南海的氧同位素3期

以南海北、西、南部3个沉积速率相对较高而且连续的沉积柱状样MD2904,MD2901和MD2897为基础,通过粒度、碳酸盐、有机地球化学和元素分析,并综合前人研究成果,对南海MIS3期进行探讨。结果显示,南海MIS3是末次冰期中的弱暖期,海水表层古温度比相邻的MIS2和MIS4期略高,但是明显比MIS1和MIS5期低。MIS3的最大特点就在于其气候的不稳定性,发生了多次气候快速变化事件。在格陵兰冰芯中记录的千年尺度快速气候变化事件（D/O事件和Heinrich事件）基本上在南海北、西、南部都有响应,具有与全球同步的特征。南海MIS3古生产力都显示出较高的特点,这与东亚季风有着密切的关系,北部主要受冬季风影响,西部和南部主要受夏季风影响。南海南部MIS3表现出比MIS5更高的古生产力和更强的夏季风强度,这一特点有待更进一步深入研究。     

南海北部约17cal.ka以来地磁场长期变记录

近些年来地磁场长期变（PSV）研究取得了长足进展,不但为探索地球内部动力学过程提供了不可多得的材料,也为千年至万年时间尺度沉积地层的精细对比和定年提供了强有力的工具。但是在众多的资料当中,末次盛冰期至全新世早期这一段时期内可靠的高分辨率古地磁场记录相对较少。本文以南海北部钻孔ZSQD2沉积物为研究对象,重建古地磁场方向和相对强度的变化,补充该时期内地磁场变化的记录。浮游有孔虫的AMS 14C定年结果表明约190cm钻孔沉积物年龄在约4~17cal.ka之间,岩石磁学和环境磁学实验证明沉积物中主要控磁矿物为软磁组分,如磁铁矿类矿物,沉积物中磁性矿物的浓度、粒度和类型的变化较为单一,适合进行古地磁方向,尤其是相对强度的研究。该段时期内,地磁场的倾角和偏角均存在多次峰、谷变化,其中在约12.4~13.4cal.ka之间发生明显的地磁场异常,指示了“哥德堡地磁漂移（Gothenburg Excursion）”的存在,持续时间大约1ka。在该漂移发生之前,地磁场强度先开始衰减,相对强度的低值发生在约13.2~15.0cal.ka之间,早于古地磁场方向异常约1.6ka。     

南海沉积物漫反射光谱反映的220ka以来东亚夏季风变迁

对南海越南岸外“太阳号”95航次17954孔220ka以来的沉积样品进行了漫反射光谱分析, 并从中提取F1和F2两个主因子及亮度和红度等漫反射光谱特征值, 发现漫反射光谱F1值和亮度反映了沉积物中的碳酸盐含量, 而漫反射光谱F2值和红度反映了沉积物中的铁氧化物含量, 后者可用作东亚夏季风的替代性指标.17954孔沉积物的漫反射光谱F2值显示, 倒数第二次冰消期东亚夏季风快速增长时间约在129ka; 本次工作还发现东亚夏季风在两次冰消期前的氧同位素2阶段和6阶段晚期各有一个异常强盛的时期.漫反射分析结果显示东亚夏季风主要受控于太阳辐射强度变化, 并明显地受低纬地区气候的影响.      

南海北部陆坡GHE24L柱样沉积物磁性特征及其环境意义

对取自南海北部陆坡神狐海域的近6m长的GHE24L柱状样沉积物磁性特征的详细研究,探讨了其磁性特征的纵向变化与沉积环境演变的关系。研究结果表明,该柱状样沉积物中的磁性矿物没有明显受到后期还原成岩作用的影响。沉积物中的磁性矿物主要是假单畴磁铁矿,其含量和粒度的变化记录了过去20ka 以来的环境演化,尤其是对末次盛冰期以来的几个重要气候事件如Heinrich 1事件、Bφlling-Allerφd暖期、新仙女木事件等有很好的响应。研究结果可为重建南海区域环境演化提供依据,也可为探究东亚海陆气候变迁的耦合联系提供约束。     

末次冰期以来南海北部沉积有机碳记录及其古植被环境信息

末次冰期以来南海北部深海沉积物中陆源植被碎屑来源及其指示的植被类型变化等一直存在争议。正构烷烃比值、正构烷烃碳同位素(δ13Calk)及总有机碳同位素(δ13CTOC)等有机碳指标的应用可能为之提供新的证据。南海北部MD05-2905岩芯中正构烷烃比值C31/C27,C31/(C31+C27+C29)和ACL(长链烷烃平均链长)等呈现末次冰期高,全新世低的变化,指示末次冰期草本植物相对增多,全新世木本植物较多。δ13CTOC及δ13Calk均呈现末次冰期相对偏正,全新世偏负的变化,指示C4植物在冰期增多,间接印证草本植物的增多。末次冰期,由于相对冷干的气候、大气CO2浓度的降低,以及低海平面导致陆架的广阔出露,均有利于更多草本植物的生长。末次冰消期及全新世随着温度的升高及降水的增多,森林植被发育,C3植物相对较多。该岩芯碳同位素结果与南海北部孢粉结果的对比表明,南海北部深海沉积中正构烷烃指标指示南海北部周边较大区域范围的植被变化信息。     

南海西南部晚更新世500 ka以来的古海洋学特征

对湄公河口外MD01—2392孔浮游有孔虫的定量分析，并采用FP-12E转换函数、MAT现代类比法及温跃层转换函数的计算，结合氧同位素分析结果，揭示了南海南部晚更新世近500ka以来的古海洋学演化特征．发现冰期MIS12、MISS、MIS2-4冬季表层水温明显高出相邻的间冰期，特别是间冰期M189、MIS5、MIS1表层水温都较低．温跃层在MIS5与MIS1最浅，MIS9其次．主要表现在浮游有孔虫深层高营养种的含量增高，表明上升流增强．间冰期的低水温很可能主要是由于上升流影响所致，当然表层盐度由于多雨而降低也可能影响到间冰期的水温估算．冰期时较高的表层水温，喜暖高盐型次表层种Pulleniatina obliquiloculata的大量繁殖，说明冰期时南部海区受来自北部强冬季风的制约使上升流活动减弱，海平面降低后与邻区通道的关闭也造成水体置换明显减弱，可能有淡水盖层发育，最终导致上层海水分层增强和冬季表层水温保持相对较高．晚更新世时期的南海南部由于冰期低海平面造成半封闭的海盆环境和季风变化，是影响其浮游有孔虫对冰期旋回响应与北部和开放大洋不同的根本原因．     

末次冰期40 ka以来阿拉善高原地区的环境演变与地貌演化

阿拉善高原末次冰期（40 ka）以来的环境演变研究是揭示中纬度沙漠的发展变化与物质来源的重要依据,为不同尺度区域乃至全球气候变化间的比较提供依据,进一步揭示气候要素的发展变化。目前已有大量的研究工作及成果见诸文献报道,但缺乏系统性的总结与对比分析,尤其是40 ka以来的环境演变过程及其原因。本文通过对中西方已有文献的系统总结和对比研究,从末次冰期、全新世早、中、晚期的古气候变化记录、地貌演化记录及环境变化的原因、可能存在的问题等方面,分析了阿拉善高原地区末次冰期以来的环境演变历史。指出约40 ka到末次盛冰期结束时的环境比现在湿润,之后至更新世结束环境普遍干旱,风沙活动增强;但是乌兰布和沙漠的环境演变与区域总体的变化结果不同,即整个末次冰期均表现为干旱的环境;全新世早期和中期环境普遍湿润,湖泊、植被等进一步发育,风沙活动弱,全新世晚期环境干旱,沙漠或进一步扩大。但是,腾格里沙漠全新世早期表现为干旱的环境,并且存在争议最大的是巴丹吉林沙漠全新世中期的干旱事件,这些问题仍需要进一步研究。此外,西风带、东亚季风在不同时期对研究区气候变化的影响不同,关于研究区与全球气候变化的具体关系的研究很少,缺少代表性事件的证据。沙源的研究结果存在不一致性,由于研究方法的局限性和地貌营力作用的复杂性,沙源的定性和量化分析具有一定的难度;沙丘的形态、分布与风的方向、能量具有相互指示性,适当的风能才是沙丘建造的关键;从气候变化的全球尺度分析,沙漠的形成普遍与冰期或者气候寒冷干燥时期相对应。     

南海东北部晚第四纪地层不整合的发展及其地质意义

根据D1A段单道地震剖面反射特征发现了南海东南部晚第四纪地层不整合，并被第四玫钻ZK3孔岩心的岩性、古生物和测年所证实。上部不整合造成中更新统顶部至上更新统上部间的缺失。该不整合主要是由于末次冰期盛冰期海平面下降形成，其次是受末次冰期前局部构造变动的影响。据测年推算，15.6kaB.P.海平面相对现代海平面下降了146m，当时的古海岸线位于距今海岩约170km处。这就为南海东北部末次冰期盛冰期海平面下降幅度提供了实际证据。     

贵州草海近21ka以来有机地球化学记录反映的古环境变化

草海位于黔滇交界,主要受印度夏季风的影响,其湖沼沉积物记录了中—晚第四纪的环境变化历史,是研究第四纪环境和季风演变的良好载体。本研究选取的南屯NT03钻孔,岩心长405 cm,在放射性碳同位素(AMS14C)测年基础上建立了年代序列,并进行了沉积物的色差值(L*)、烧失量(LOI550)、总有机碳(TOC)、碳氮比(C/N)和有机稳定碳同位素(δ13Corg)等古环境替代指标的测试。实验结果显示,L*、LOI550和TOC等3个有机碳含量指标同步变化,共同指示该钻孔序列经历了3个沉积环境演变阶段,即末次盛冰期晚期(21—15 cal ka BP)河流—冲积相沉积阶段、冰消期至早中全新世(15—4 cal ka BP)高湖面湖泊—沼泽相沉积阶段和晚全新世(4 cal ka BP以来)洪冲积相沉积阶段。近2万年以来草海湖沼面积经历的收缩→扩张→收缩演变过程与石笋氧同位素变化基本吻合,表明季风降雨是引起草海湖泊水体和周边生态系统变化的主要因素。δ13Corg指标变化范围为-29. 28‰～-24. 19‰,表明草海盆地周围植被组成在末次盛冰期以来C4草本虽然略有增加,但均以C3植物为主。同时,TOC和δ13Corg指标证明了B/A冰消期暖事件对盆地边缘区的湿地泥炭富集起到关键作用,而多指标揭示了近4 ka以来水域变浅并发展成为冲积环境的过程,也可能与石笋记录的夏季风减弱所带来的降水量减少有关。     

晚冰期以来月亮湖孢粉记录反映的古植被与古气候演化

地处季风/非季风影响过渡地带的月亮湖是大兴安岭中段阿尔山-柴河火山区中的一个火山口湖.其长8.86 m的沉积岩心孢粉记录, 揭示了末次冰期晚期以来的古植被演化和古气候变化历史: 20.9~18.0 cal. ka B.P.期间研究区的植被为典型草原, 气候寒冷干旱; 18.0~15.3 cal. ka B.P.期间研究区的植被为草甸草原, 气候寒冷湿润; 15.3~14.0 cal. ka B.P.期间乔木开始在当地发育, 植被开始由草甸草原向森林草原转变, 气候向较为温暖湿润的方向转变; 14.0~12.8 cal. ka B.P.期间森林草原在温暖湿润的气候影响下, 森林扩张, 草原退缩, 与B?lling-Aller?d暖期相对应; 12.8~11.8 cal. ka B.P.期间草原在寒冷气候下扩张, 可与新仙女木期相对应; 11.8~0.8 cal. ka B.P. 期间在较为温暖的气候条件下, 草原在气候快速变冷事件的影响下发生了多次扩张, 其中, 较为明显的6次气温突降事件分别发生在9.0~8.9, 8.2~7.8, 7.0~6.8, 6.1~5.6, 5.4~5.2, 2.3~1.8 cal. ka B.P..这些快速气候变化事件与全球和区域中其他高分辨率古气候记录具有可比性, 揭示出月亮湖敏感地记录了全球和区域气候的变化, 同时也表明研究区的高分辨率孢粉分析是研究东亚季风强度变化的良好指标.      

14 ka以来苦海沉积物地球化学记录及其古环境意义

对青藏高原东北部封闭咸水湖泊苦海水深最深处KH17钻孔进行沉积物粒度、烧失量和X射线荧光光谱（XRF）测试及XRF测试结果的主成分分析（PCA）,以揭示14 ka以来苦海沉积物特征及其所反映的搬运与沉积过程变化,反演湖泊流域古环境。研究结果表明:第一主成分（PC1）主要包括Ti、Fe、K等元素,指示径流输入强弱;第二主成分（PC2）中载荷值较大的Ca和Sr与碳酸盐含量相关,指示湖泊蒸发强弱;Zr（第三主成分中载荷值最大）与砂组分、Rb与黏土组分含量相关,分别指示风力输入粗颗粒物质和径流输入细颗粒物质情况,其比值可反映化学风化弱强;Fe/Mn、Sr/Ca也能较好地指示沉积物氧化还原环境、湖水盐度和水位情况。基于上述记录所建立的古环境演变重建结果显示:13.6~13.0 ka B.P.苦海水位较低,径流输入相对强;13.0~11.5 ka B.P.受新仙女木事件影响,环境干旱且温度极低,风力作用强,输入物质多;早全新世升温显著,蒸发作用强,内生碳酸盐沉积增多,湖泊水位增加缓慢,中全新世期间达到最高水位;5.3 ka B.P.以后,湖泊经历干旱时期,盐度与碳酸盐沉积增加;2.7 ka B.P.以来水分供给波动,湖泊水位显著振荡。     

末次冰期以来南海北部下陆坡区沉积有机质地球化学特征及其意义

选取南海北部下陆坡-深海平原过渡带典型沉积柱状样,通过对其沉积有机质的整体有机地球化学特征进行表征,探讨了南海下陆坡-深海平原区沉积有机质在冰期/间冰期旋回中的赋存状态、来源变化以及与古气候环境之间的相应关系。结果表明,总有机碳（TOC）、总氮（TN）和有机质稳定碳同位素（δ13Corg）与冰期/间冰期旋回有明显的对应关系,冰期时对应高值,间冰期时对应低值;而有机质稳定氮同位素（δ15N）表现为全新世时其值偏低,末次冰消期其值偏高,与气候旋回没有相关性; C/N值和δ13Corg值都表明南海北部下陆坡沉积有机质来源是陆相和海相的混源,且在末次冰期/间冰期尺度上主要以海相来源为主。     

台湾头社盆地湖沼相沉积孢粉记录的6.2~1.3 cal ka BP以来气候研究

头社盆地位于中国台湾省中部,东亚季风区的最前沿,对东亚季风的响应十分敏感,研究其中晚全新世以来古植被、重建古气候序列,探讨其气候与东亚夏季风的关系具有重要的科学意义。文章对头社盆地泥炭—湖泊沉积的AMS14C测年、体积磁化率测试的基础上,基于孢粉记录,重建晚全新世来植被变化,恢复古气候。结果表明全新世中晚期以来分六个阶段：6.2~6.0 cal ka BP,气候凉干,植被类型是亚热带常绿阔叶林;6.0~4.0 cal ka BP,气候转暖湿,植被类型为含较多热带成分的亚热带常绿阔叶林;4.0~2.2 cal ka BP,气候相对凉干,植被类型转为亚热带常绿阔叶林;2.2~1.9 cal ka BP,气候又变暖湿;1.9~1.7 cal ka BP,气候快速冷干事件,森林退化;1.7~1.3 cal ka BP,气候重转温暖湿润,植被类型为接近现代的沼泽草原。整体上6.2~2.2 cal ka BP的气候变化是由温暖湿润向温凉干燥转变的趋势,这是全新世中晚期以来的太阳辐射量减少所导致的,太阳辐射量的减少导致热带辐合南移,进而导致东亚夏季风减弱,而2.2 cal ka BP之后气候波动较大,可能是在东亚夏季风减弱的背景下,ENSO活动加强与人类活动的干扰下耦合的结果。     

日本海末次冰期千年尺度古环境变化的地球化学记录

日本海末次冰期交替出现的深色层与浅色层可能记录了格陵兰冰芯指示的Dansgarrd-Oeschger旋回冷暖变化。本文对取自日本海南部KCES1岩芯纹层沉积物进行了高分辨率XRF岩芯扫描地球化学测试,运用因子分析来判别沉积物不同组分和来源。结果显示深色纹层中指示陆源碎屑来源元素Al,K和Ti含量较高,而代表生源组分的元素Ca和Sr含量较低;浅色层相反。深浅色纹层元素含量变化指示的陆源碎屑输入波动记录了Dansgarrd-Oeschger旋回信号,与冷期相比,在温暖期钻孔沉积物中较多的陆源碎屑可能是由加强的东海沿岸流带入日本海。末次冰期格陵兰和北大西洋等高纬地区气候变化导致大气环流和/或洋流系统发生改变,从而对东亚季风降水的调控可能是造成KCES1岩芯中元素含量变化的主要原因。     

南海北部天然气水合物远景区末次冰期以来底栖有孔虫稳定同位素特征及其影响因素

底栖有孔虫碳同位素负偏移是地质记录中天然气水合物释放的重要证据之一.对南海北部西沙海槽和东沙陆坡等天然气水合物远景区XH-27PC和DS-4PC柱状样分别进行顶空气甲烷含量分析、有机碳含量分析、粒度分析和有孔虫氧碳同位素分析.结合碳酸盐含量及AMS 14C 测年,揭示研究区末次冰期以来底栖有孔虫的稳定同位素特征.结果显示: 西沙海槽BSR区沉积物中甲烷含量较低; 底栖有孔虫碳同位素负偏不明显,与顶空气甲烷含量呈弱正相关(R=0.32),与有机碳含量有强负相关(R=-0.82),说明低通量甲烷不足以引起底栖有孔虫碳同位素显著偏移,在无甲烷或甲烷轻微渗漏的环境中有机碳的厌氧氧化是影响底栖有孔虫碳同位素组成的主要因素.东沙陆坡BSR区沉积物中含有大量的甲烷气体; 底栖有孔虫氧同位素记录在末次冰期异常偏重,可能与天然气水合物的分解释放有关; 同时可识别出多期碳同位素快速负偏事件,其成因很可能是末次冰期海平面下降导致海底沉积物的温度、压力条件发生变化,从而引发水合物甲烷失稳分解,底栖有孔虫吸收富 12C的甲烷源碳致使壳体碳同位素负偏移.     

亚洲夏季风DO12气候事件的响应模式

亚洲季风气候响应的Dansgaard?Oeschger（DO）事件模式是目前古气候研究的热点之一,其是否表现为单一模式,还是存在多种模式仍有争议。基于山西龙洞13个铀钍年代和239个氧同位素（δ18O）数据重建了末次冰期48~41 ka B.P.时段东亚夏季风演化历史。石笋L2清晰记录了H5、DO12和DO11等千年尺度气候事件,其变化特征与亚洲其他石笋记录呈现出良好的一致性,并与格陵兰冰芯记录一一对应,表明高、低纬之间紧密的气候联系。在DO12事件过程中,L2 δ18O值先是持续偏轻后又逐渐变重,指示亚洲夏季风强度持续增强后略有减弱,与格陵兰冰芯记录的温度持续降低模式迥异;不同区域记录对比发现,亚洲夏季风和热带低纬水文过程响应的DO12事件过程表现为不对称倒“V”形,这可能与南大洋潜热释放及越赤道气流强/弱变化、低纬热带辐合带逐步北进/南退有关。     

晚冰期月亮湖炭屑记录反映的古气候演化

位于大兴安岭中段的月亮湖地处季风/非季风影响过渡地带,其沉积岩心下部886～546 cm的炭屑记录揭示了末次冰期晚期到全新世早期(20.9～10.8 cal.ka B.P.)的古气候演化历史,反映了东亚季风对研究区气候的影响。研究区炭屑浓度的变化主要由可供燃烧的生物量决定,生长在气候温暖时期的森林草原能够提供更多可供燃烧的生物量。在同一植被类型的条件下,气候寒冷湿润时炭屑浓度低,气候温暖干旱时炭屑浓度高。20.9～18.0 cal.ka B.P.炭屑浓度较低, 气候寒冷偏干,18.0～15.3 cal.ka B.P.炭屑浓度最低,气候寒冷湿润,15.3～14.4 cal.ka B.P.炭屑浓度增高,气候开始向温暖的方向发展,14.4～11.8 cal.ka B.P.炭屑浓度快速变化,气候也经历了一系列的快速变化,11.8～10.8 cal.ka B.P.炭屑浓度总体较高,气候温暖湿润。<50 μm的炭屑浓度指示了区域火演化的历史, >50 μm的炭屑则反映了当地野火发生的状况。