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。     

西北冰洋Chukchi Borderland晚第四纪冰筏碎屑记录及其古气候意义

西北冰洋楚科奇边缘地区沉积模式复杂,冰期-间冰期旋回影响着周围北美冰盖和欧亚冰盖的发育以及波弗特环流的位置与强弱,对于该地区的沉积物来源有很大影响。通过对采自西北冰洋楚科奇边缘地区的ARC4-BN03、ARC3-P37和ARC4-MOR02岩心的多指标分析以及与邻近6个岩心的对比,发现在MIS 5以来,北风脊地区可以识别出多次IRD事件,其中都有加拿大北极群岛的贡献。在MIS 3,楚科奇海台和楚科奇深海平原较北风脊沉积速率更高,其IRD事件除了加拿大北极群岛的贡献,也可能有来源于欧亚大陆的输入。在MIS 2,楚科奇海台和楚科奇深海平原的沉积速率急剧降低甚至中止,其IRD事件主要来源于欧亚大陆和东北冰洋边缘海,而北风脊地区IRD事件仍来源于加拿大北极群岛。这可能是由于冰期楚科奇海台和楚科奇深海平原可能受到一个冰盖的覆盖,阻止了北美地区沉积物的输入;而此时北风脊地区正处于这个冰盖的边缘,未被完全覆盖。在间冰期,该冰盖消亡,整个楚科奇边缘地区的IRD事件都有加拿大北极群岛的贡献。     

西北冰洋楚科奇海台晚第四纪以来陆源沉积物搬运机制及其古环境意义

通过对西北冰洋楚科奇海台的ARC7-P12岩心的沉积物颜色旋回、XRF-Ca和Mn元素相对含量,有孔虫丰度,粗组分含量,粒度组成及其端元的综合分析,并与该地区其他沉积物岩心对比,将ARC7-P12岩心划分为深海氧同位素(Marine Isotope Stages,MIS)5期以来的沉积序列。该岩心的粒度端元分析结果显示,该岩心峰态中值2和9μm组分的端元分别代表由雾状层和底流搬运的沉积物;峰态中值为30以及110μm组分的端元代表海冰以及冰山搬运的沉积物。MIS 5以来的冰消期和间冰期,由于海冰和冰山融化以及海域开阔,沉积物主要由海冰以及冰山搬运,粗组分含量显著升高。冰期由于海冰覆盖,冰盖的生长和阻挡,以及表层洋流减弱,底流和雾状层搬运相对增强,细颗粒沉积物增加。     

350ka以来北冰洋波弗特环流演变及其沉积响应

波弗特环流(Beaufort Gyre)是 决定北冰洋海冰运移方向和滞留时间的主要因素。依据沉积物的颜色旋回、Mn元素含量和有孔虫丰度,本文建立了阿尔法洋脊(Alpha Ridge)B85-D孔轨道尺度上的年龄框架,并深入分析了该孔晚第四纪以来冰筏碎屑(IRD>154 μm)含量、组分及其源区的变化特点。结果表明,350ka以来最显著的变化发生在末次冰期(MIS2~4期),期间沉积物中Ca元素和白云石含量都接近于零,大部分来自班克斯岛、维多利亚岛和麦肯齐地区的碳酸盐岩碎屑没有在阿尔法洋脊沉积;随着波弗特环流的消亡,搬运陆源碎屑的海冰很可能沿着北美海岸线直接进入了欧亚海盆。而在末次间冰期(MIS5期),波弗特环流却十分流畅,并将大量碳酸盐岩碎屑限制在美亚海盆内,导致阿尔法洋脊沉积物中Ca元素含量急剧升高,与之对应的白云石含量高达16.4%。通过类比可知,在MIS6期波弗特环流的状态可能与MIS2~4期相似,而在MIS8和MIS10这两大冰期,波弗特环流却类似于MIS5期。显然,波弗特环流的存在与否并不严格遵循“冰期-间冰期”旋回,这种变化很可能是风场强度和海冰浓度双重作用的结果。     

末次间冰期以来门捷列夫洋脊南部冰盖对细颗粒沉积的控制作用

门捷列夫洋脊南部的粘土矿物沉积具有明确的物源,为追踪该区沉积环境的演变提供了良好的条件。末次间冰期以来,ARC7-E23孔中的粘土矿物记录表现出了非常显著的变化。结合沉积物粒度的端元组份和冰阀碎屑沉积,粘土矿物的变化模式表明,东西伯利亚冰盖(ESIS)的规模可能是控制细颗粒沉积的主要因素。在氧同位素2期(MIS2)和4期(MIS4),门捷列夫洋脊南部可能被ESIS所覆盖,几乎阻挡了所有来自加拿大和拉夫贴夫海陆架的沉积物,但允许大量来自东西伯利亚海陆架的细粒沉积物输入。只有当ESIS消融后,波弗特环流和越极流的相对强度以及搬运作用才成为了控制远源沉积物输入的主要因素。MIS3期的气候条件似乎最适合远源沉积物的输入,不仅提高了表层环流的流通性,也提供了足够多的搬运介质。     

晚第四纪南极阿蒙森海扇区冰盖与古生产力旋回变化

本文通过对阿蒙森海西北部陆隆AMS01岩心沉积物颜色、粒度及地球化学等多种指标分析,重建了该地区氧同位素9期(MIS9,大约距今34万年)以来冰盖与古生产力演变历史,结果表明:(1)岩心沉积物粒度与古生产力替代指标表现出明显的冰期–间冰期旋回变化特征;(2)MIS9、MIS7和MIS5等间冰期沉积速率较小,沉积物呈褐色,冰筏碎屑含量低,生源组分含量高,反映出该时期阿蒙森海地区气候温暖,冰盖发生了大规模退缩,冰盖–冰架–冰山等陆源冰对沉积物的影响减弱,海冰覆盖减弱,有利于浮游植物的生长和繁殖;(3)MIS8c、MIS8a、MIS6、MIS2等冰期沉积速率大,沉积物呈灰色,沉积物随之变粗,冰筏碎屑含量高,生源组分含量低,说明该时期冰盖大幅扩张,陆隆区成为近冰盖/冰架沉积环境,海冰和冰山密集,海洋生产力显著降低;(4)冰期、间冰期内,冰盖与古生产力也有不同程度的波动;特别是MIS8b期发育浅褐色间冰阶沉积,冰筏碎屑含量低,生产力水平与间冰期基本持平,说明阿蒙森海地区冰盖、海洋对气候变化的响应比东南极地区敏感。     

北冰洋西部表层沉积物粘土矿物分布及环境指示意义

楚科奇海及邻近的北冰洋深水区表层沉积物中粘土矿物的分布受源区母岩和海区环流结构所制约。来自加拿大马更些河的物质富含高岭石和伊利石,对研究区东北部和北部沉积物的影响较大;来自阿拉斯加西北部的河流和海岸带物质富含绿泥石,高岭石含量变化较大,对阿拉斯加西北部近海沉积物的影响明显;来自西伯利亚的物质富含绿泥石,对研究区西部沉积物的影响较为明显。自白令海峡进入的太平洋水携带富含蒙皂石的育空河物质横穿楚科奇海陆架向北扩散,导致楚科奇海中部沉积物中的蒙皂石含量高;同时,粘土矿物自身的粒度分异在某种程度上也促使蒙脱石在离岸距离较远的中部海区富集。     

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。     

北冰洋西部沉积物黏土的Sm-Nd同位素特征及物源指示意义

通过对北冰洋西部(楚科奇海及北部边缘地带、加拿大海盆)34个表层沉积物样品中黏土组分的Sm-Nd同位素分析,结果表明:(1)黏土组分的Sm-Nd同位素分异明显,可将沉积物划分为北部、西部、南部和东部等多个同位素物源区;(2)在楚科奇海,太平洋入流的向北输运自西向东形成了3个不同的同位素物源区,沉积物的c(147Sm)/c(144Nd)比值、ε_Nd(0)值和T_DM年龄自西向东呈递减趋势;(3)在研究区北部,顺时针方向流动的波弗特涡流将马更些河物质向西搬运至加拿大海盆和楚科奇高地,使该区沉积物ε_Nd(0)值明显偏低,T_DM偏大;(4)在楚科奇海北部外陆架、海台和陆坡区,太平洋水、大西洋水和波弗特涡流的相互作用使该区沉积物T_DM年龄的标准偏差大,同时出现了南-北源和西-南源等同位素混合类型。     

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。     

中全新世以来东西伯利亚陆架沉积物来源的演化：元素地球化学记录

北极地区对全球气候变化非常敏感,是研究古环境和古气候变化的关键区域。东西伯利亚海作为北极重要的边缘海之一,对东西伯利亚陆架和陆坡沉积物来源的研究将有助于加深对北极沉积环境和气候变化的认识。本文通过对东西伯利亚海西部LV77-36岩心沉积物中碎屑组分的主微量、稀土元素进行分析,阐述了各指标随年代的变化特征,并探讨了中全新世以来东西伯利亚海西部碎屑沉积来源的变化及其对古环境演变的响应。结果表明中全新世以来LV77-36岩心沉积物主要来源于勒拿河、因迪吉尔卡河、亚纳河和马更些河的河流输入,以及西伯利亚地台和新西伯利亚群岛的海岸侵蚀物质。与其他古气候参数对比发现,海冰和洋流的变化对源区物质在东西伯利亚陆架的分散和沉积有着重要的影响。全新世晚期由于楚科奇海海冰的增加、西伯利亚沿岸流的减弱和波弗特环流的增强,导致北美端元的物质贡献相较全新世中期有小幅度增加。     

海冰快速减退背景下大气动量输入对波弗特流涡长期变化的影响

随着北冰洋海冰快速减退,气–冰–海系统发生显著变化,波弗特流涡也发生显著变化。本文使用实测资料和海洋大气再分析数据,探讨北冰洋波弗特流涡的长期变化和大气动量输入对波弗特流涡变化的影响。波弗特流涡的长期变化可以分为3个典型时期(1980–1995年,1996–2007年,2008–2018年)。最近时期(2008–2018年),波弗特流涡平均流涡强度达到4.39×10–7,相较于第1个时期(1980–1995年),流涡强度增加近2倍,达到稳定的状态。波弗特流涡范围扩大,主体向西北移动;上层海洋斜压性增强。与此同时,上层海洋环流主模态已发生显著转变:1980–1995年,环流主模态为影响整个加拿大海盆的加拿大海盆模态;2008–2018年的主模态则转变为影响整个研究海域的太平洋扇区模态。最近时期,表征气–海之间动量输入的气–海应力显著增加,尤其是夏末秋初的8–10月,与冰–海应力几乎相当。增加的大气动量输入带来平均动能增加,埃克曼泵压效应增强,下盐跃层深度加深,增加的大气动量输入进而导致近年来波弗特流涡的显著增强。加拿大海盆南部是大气动量输入的关键区。     

白令海和西北冰洋表层沉积物磁化率特征初步研究

为了准确解释环境磁学参数记录的极地古气候环境变化信息,本研究对白令海和西北冰洋61个站位的表层沉积物进行了高、低频质量磁化率(χ)、非磁滞磁化率(χARM)和磁化率-温度(k-T)分析,以探明该区沉积物中磁性矿物的种类、来源与搬运路径。结果显示,样品的χ具有明显的地域分布特征。白令海的χ值整体高于楚科奇海,并在育空河口外侧和圣劳伦斯岛南侧较高,向北和向西南方向逐渐减小。楚科奇海中东部陆架上表层沉积χ值高于阿拉斯加沿岸,而西北冰洋深海平原和洋脊区的χ值最低。χARM的变化趋势与质量磁化率相似,但频率磁化率的变化趋势与质量磁化率正好相反。k-T分析结果显示阿留申海盆沉积物中的铁磁性矿物以磁赤铁矿占主导,白令海陆架育空河口外侧和圣劳伦斯岛南北两侧为磁铁矿,白令海陆架西部和楚科奇海陆架中东部为磁赤铁矿和磁铁矿,楚科奇海阿拉斯加沿岸为黄铁矿,而西北冰洋陆坡、深海平原和洋脊区为胶黄铁矿和黄铁矿,但高纬度区沉积物中的胶黄铁矿含量更高。沉积物中磁性矿物的区域性分布受沉积物来源、洋流和底质环境等因素的控制。白令海和楚科奇海陆架磁赤铁矿来源于亚洲大陆,白令海陆架东部的磁铁矿来自育空河流域,阿拉斯加沿岸沉积物中的黄铁矿,应为阿拉斯加西北部陆源侵蚀来源的或早期成岩作用形成的,西北冰洋深海盆区的胶黄铁矿,为自生成因的。     

15 ka以来罗斯海陆架岩心沉积学记录及古海洋学意义

本文对取自罗斯海陆架的JB04岩心沉积物进行AMS14C测年、粒度、有机碳等测试,结合沉积物粒度组分因子分析,研究该岩心的沉积学记录,探讨其古海洋学意义。结果显示:JB04岩心沉积物的底部年龄为15 ka;沉积物粒度组分因子分析提取出3个环境敏感粒级,分别代表正常冰海沉积、低能海洋沉积和高能海洋沉积;综合沉积物岩相及沉积物组成特征,可以将岩心分为4段,从底部到顶部依次为主要受冰盖刮蚀影响的冰盖下沉积、属低能海洋环境的冰架下沉积、属高能海洋环境的冰架前缘沉积和主要受冰山影响的季节性海冰区沉积。该岩心的沉积地质记录及其古海洋学研究对全面认识罗斯海的海洋环境演变具有重要的意义。     

北冰洋西部沉积物有机碳、氮同位素特征及其环境指示意义

通过对楚科奇海及邻近的北冰洋深水区表层沉积物中有机碳同位素含量(δ13C)、氮同位素含量(δ15N)及生物成因SiO₂(BSiO₂)含量分析,结果表明海源和陆源有机质的分布受海区环流结构和营养盐结构所制约.楚科奇海中西部和楚科奇海台受太平洋富营养盐海水的影响,海洋生产力高,沉积物中海源有机质和BSiO₂含量高;靠阿拉斯加一侧海域海水的营养盐含量和生产力都偏低,沉积物中陆源有机质比重增加;在研究区北部和东北部的楚科奇高地和加拿大海盆,冰封时间较长,营养盐供应少,海洋生产力低,但来自马更些河和阿拉斯加北部的陆源有机质增多,沉积物中BSiO₂含量小于5%,海源有机质百分含量小于40%.由于亚北极太平洋水通过楚科奇海向北冰洋海盆输送,研究区营养盐池表现为开放系统,营养盐的利用率与它的供应成反比,与海洋生产力成反比.     

白令海及西北冰洋有机质来源与新鲜程度的脂肪酸指示

白令海、西北冰洋等高生产力海域在北冰洋“生物泵”中起到重要作用;海水升温、海冰消退等北极快速变化,将强烈影响该海域“生物泵”的结构与规模,并在沉积物中有机质的来源与新鲜程度上有所体现,可用脂肪酸加以指征。对第五次、第六次中国北极科学考察在以上海域采集的表层沉积物进行脂肪酸含量（以沉积物干重计）及组成分析,结果显示楚科奇海陆架总脂肪酸含量非常高((97.15± 55.31) μg/g),白令海盆最低((15.00±1.30) μg/g),加拿大海盆、楚科奇海陆坡、白令海陆架居中(分别为(88.65 ± 3.52) μg/g,(70.35±11.32) μg/g与(38.28±14.89) μg/g)。海源脂肪酸占总脂肪酸比例最高(86.82%±7.08%),陆源次之(8.45%±6.62%),细菌最低(4.63%±2.24%);硅藻指数(16:1ω9/16:0)在楚科奇海陆架(> 0.82)、白令海陆架边缘(> 0.65)较高,其他区域均较低。脂肪酸结果表明:(1) 该海域沉积有机质主要来自海源,陆源贡献小;在北部、南部楚科奇海陆架、白令海陆架边缘,硅藻生物量占主要优势;细菌脂肪酸比例显著低于温暖海域,指示低温抑制细菌活动。(2) 楚科奇海陆架区硅藻生产力高、细菌活动弱,新鲜有机质沉降效率高,但对未来海水升温、浮游植物群落变化也较为敏感。(3) 加拿大海盆、楚科奇海陆坡的浮游植物群落由绿藻与金藻主导。以上结论说明脂肪酸可指示表层沉积物中有机质的来源与新鲜程度;未来,脂肪酸有望进一步揭示北冰洋“生物泵”对北极快速变化的响应。     

基于冰基浮标数据的2018-2019年北极海冰运动特性时空变化分析

海冰运动是影响北极海冰平流输运和物质平衡空间重新分布的重要因素。本研究基于2018年9月至2019年8月期间北冰洋66个冰基浮标位置记录数据,结合大气再分析数据,计算得到了海冰运动速度、冰速与风速的比值和海冰运动惯性强度,以刻画北极海冰运动学特征参数在一个冰季的时空变化,并讨论了不同区域冰速与风速比与海冰密集度的关联性。海冰漂移速度在波弗特–楚科奇海、东北极中央区和西北极中央区呈秋冬降低春夏升高的季节变化特征。格陵兰海月均海冰漂移速度（（0.32±0.06）m/s）最大,其次是弗拉姆海峡（（0.17±0.07）m/s）和波弗特–楚科奇海（（0.14±0.05）m/s）,而东北极中央区（（0.09±0.02）m/s）和西北极中央区（（0.07±0.03）m/s）较低。在月尺度上,冰漂移速度与风速的比值主要受海冰漂移速度支配。弗拉姆海峡和格陵兰海受较强的表层海流影响,冰速与风速比值较大,西北极中央区、东北极中央区和波弗特–楚科奇海的冰速与风速比值随着海冰密集度的增加趋近,并分布在0～0.02之间。所有浮标的月平均惯性运动指数为0.158±0.144,秋冬季过渡期间,海冰对风的响应以及海冰运...     

140kaBP以来南海西南部上升流影响区沉积记录及其古海洋环境变化

对南海西南部现代上升流区沉积物柱样BIS-187-61孔有机碳、生物蛋白石、碳酸盐等各沉积组分进行了详细的分析,试图探讨末次间冰期(MIS 5)以来南海西南部夏季上升流影响区沉积过程及其所反映的海洋环境变化过程。研究结果发现,140kaBP以来该孔沉积记录期总体表现为:碳酸盐百分含量冰期低间冰期高,主要受周边陆源物质输入稀释的控制,为典型的"大西洋型碳酸盐旋回",有机碳、生物蛋白石、碳酸钙以及陆源沉积物的堆积速率均在MIS 2期、MIS 4期和MIS 5e期出现高值。其中,MIS 2期和MIS 4期生源和陆源沉积堆积速率增加可能与冰期时冬季风增强及海平面下降导致陆源营养物质输入增加对初级生产力的刺激有关,也可能与陆源物质输入增加对海洋生源颗粒物输出的压载作用增强有关。而MIS 5e期南海海平面高度与现代相仿,间冰期较强的夏季风引起的越南沿岸上升流增强是导致该时段本研究区域表层初级生产力增强,沉积物总堆积速率及各组分堆积速率都相应增加的主要原因。     

北冰洋沉积物中浮冰碎屑含量与物源的区域变化--示踪北极地区晚第四纪大气和海洋环流格局

在用箱式和重力活塞取样器获得的岩心中 ,浮冰碎屑成分和分布可以为重建北冰洋晚更新世和全新世洋流分布格局提供有用的信息。 2 0世纪 60年代到 90年代有关北冰洋冰筏、沉积物组成和浮冰碎屑物源的研究主要集中在砾级范围内。 90年代以后许多学者开始研究细粒的浮冰碎屑成分及其物源 ( >2 50μm或2 50～ 3 0 0μm)。由于冰川冰山所携带和沉积的主要是粗粒浮冰碎屑 ,所以本次研究的重点为大于 2 mm的砾级碎屑。在现今的北冰洋 ,控制海冰和冰川冰山运动的表层洋流主要是美亚海盆中顺时针波弗特涡流和欧亚海盆中东向的绕极漂流。Bischof和Dar…     

西北冰洋中更新世以来黏土矿物变化特征及其反映的洋流和冰盖演化

本文通过对中国第七次北极考察在西北冰洋阿尔法脊南部钻取的ARC7-LIC岩芯沉积物的XRF Ca/Al比值、冰筏碎屑和黏土矿物等研究,重建了中更新世以来研究区沉积物源和周边冰盖的演化历史。ARC7-LIC岩芯黏土矿物组合类型变化显示:深海氧同位素(MIS)29～13期黏土矿物组合主要以西伯利亚物源区为主,而MIS 12期以来以北美物源为主。黏土矿物组合的变化,反映中布容期前后洋流模式的改变。同时,MIS 12期高含量的蒙脱石可能来自北美物源。物源指标对比显示,劳伦冰盖在MIS 16期首次向西北冰洋大规模排泄冰山,并且从MIS 12期开始,西北冰洋周围冰盖的进退幅度增大。在MIS 6期、4期和3期,Ca/Al和高岭石含量的不协同变化指示北美冰盖的发育具有区域差异性,位于阿拉斯加北部和麦肯齐河流域的冰盖较班克斯岛?维多利亚岛一侧更发育,崩解的冰山能将高岭石带到研究区沉积下来。