末次冰期以来南海南部千年尺度的古海洋学

摘要对南海南部MD05-2896柱状样22.8kaBP以来的深海沉积物进行了浮游有孔虫和颗石藻化石定量分析。通过转换函数、特定有孔虫属种含量及比值和颗石藻Florisphaera profunda百分含量等探讨了南海南部海水表层温度、上部水体结构、初级生产力以及碳酸盐溶解作用等变化趋势和周期性。结果表明:18kaBP以前及10kaBP以来,海水表层温度较高,碳酸盐溶解作用较强,温跃层营养跃层较深,初级生产力较低。18~10kaBP冰期时,海水表层温度最低,碳酸盐溶解作用变弱,营养跃层和温跃层变浅,初级生产力较高。频谱分析结果显示,22.8kaBP以来的气候变化具有明显的周期性,以类D/O事件的千年尺度周期为主,其中最主要的周期为1500年。     

南海西北部89PC柱样沉积物中浮游有孔虫特征及其古环境意义

对南海北部89PC柱状样进行了浮游有孔虫定量统计分析、氧碳同位素测试、碳酸钙含量分析和AMS14C测年,并采用古生态转换函数计算了表层海水古温度和温跃层深度,揭示了该海区约127 ka以来的古海洋学特征。温跃层转换函数计算的温跃层深度结果表明,在MIS5-MIS4期,温跃层深度没有大的变化,在MIS3-MIS1期,温跃层的深度逐渐变深。古温度转换函数计算的古温度结果表明,夏季温度的变化范围为27.9~29.3℃,变化幅度为1.4℃,冬季温度变化范围为20.6~26.3℃,变化幅度为5.7℃。与南海南部的冬夏古水温资料进行对比,南海南部的温度比南海北部的温度要高,这种差异在冬季时表现更为突出,且在冰期时南海南部和北部的温度差异梯度进一步增大,指示了冰期时冬季风更加强盛。     

南海东北部表层沉积中有孔虫的分布及其环境意义

为了探讨南海东北部表层沉积中有孔虫分布的规律，选取184个表层样进行分析，结果发现有孔虫的垂向分布与碳酸盐的溶解作用密切相关。在2300－2500m水深以下，浮游有孔虫丰度迅速减小，而底栖有孔虫占有孔虫全群的比值BF／（BF＋PF）以及底栖有孔虫胶结质壳类的百分含量则迅速增加，这三者随水深的变化在3400－3500m处有一明显的转变，被认为是南海东北部CCD面（碳酸盐补偿深度）所在的位置，且该研究区内碳酸盐补偿深度南部较北部深100m。浮游有孔虫水平分布除了受表层海水温度的的控制外，黑潮南海分支以及吕宋岛北端上升流区带来的富营养水体的存在也起很重要的作用。     

南海北部沉积物中浮游有孔虫Globigerinoides ruber壳体氧同位素指示的冬季表层海水温度

有孔虫壳体的氧同位素值(δ18O)是由其生长时海水δ18O和温度决定的,在海水δ18O已知的情况下,可以由壳体的δ18O值估算海水温度。本文以南海北部沿岸地区9个站位的柱状沉积物中浮游有孔虫Globigerinoides ruber为研究对象,测试了其壳体的δ18O值。分别以相应站点夏季与冬季表层海水的实测δ18O值代入温度公式,估算了对应的夏季与冬季的海水温度值。然后把计算结果与World Ocean Atlas (WOA)数据库相应站点的海水温度数据作比较。结果表明,计算出的夏季海水温度与WOA的夏季温度有较大差别,而计算出的冬季海水温度则与WOA的冬季海水温度基本相当。这说明δ18Oruber记录的是该区域冬季表层海水的温度,此区域内G.ruber这一属种的生产力和沉积通量在东亚冬季风盛行期间出现了最高值。     

末次盛冰期以来南海西南海区对快速气候变化的响应特征

以南海西南巽他陆坡CG2岩心为材料,通过浮游有孔虫Globigerinoides ruber壳体的δ18O和Mg/Ca重建了近24ka以来的表层海水温度(SST)和盐度(SSS),结合浮游有孔虫定量统计数据分析了末次盛冰期(LGM)以来南海西南海区上部水体环境的演化特征。研究表明,在YD、H1、8.2ka冷事件期间,巽他陆架海区盐度变高,浮游有孔虫暖水种丰度减少,温跃层变浅。相比其他开放大洋站位末次冰消期的缓慢变暖,南海西南海区Bølling早期以及YD事件后期升温迅速,且H1期间具有明显的降温,是典型的"格陵兰式"升温,可能南海受东亚季风的影响强烈。东亚夏季风的强弱变化造成了海水盐度频繁的波动,在H1、YD期间,东亚夏季风突然减弱,盐度变高,B/A暖期夏季风增强,盐度变低,比较发现在这些气候事件期间,东、西太平洋站位的盐度变化特征几乎是一致的。LGM以来热带西太平洋海区的上层海水环境变化,与热带辐合带(ITCZ)的纬向移动及其相关的东亚季风异常有密切联系。     

北大西洋45°N区氧同位素3期以来上层水体性质的变化

北大西洋45°N区是北大西洋冰筏碎屑（IRD）带的中心区,其海洋沉积物包含高分辨率沉积环境和气候变化信息,对45°N区沉积记录的研究有利于反演末次冰期以来古海洋环境的变化。通过对岩心Hu71-377中IRD含量的统计、浮游有孔虫组合及氧和碳同位素（δ18O和δ13C）分析,重建了北大西洋45°N上层水体水团性质演化历史。结合AMS14C数据和氧同位素地层学,在氧同位素3期（MIS3）和2期（MIS2）中识别出5个Heinrich层,其中Heinrich 1、2和4层具有明显IRD峰值、Neogloboquadrina pachyderma高丰度和轻δ18O值特征,而Heinrich 3和5层的δ18O值未明显变轻。Heinrich 3和5层与Heinrich 1、2和4层的δ18O 差异可能反映了上层水体受融水输入的影响不同。δ13CN.incompta和δ13CN.pachyderma差值也反映了Heinrich事件期间混合层和温跃层的变化,它们的δ13C差值在Heinrich 1和2期间接近零,归因于强风驱动的海水垂向混合。而δ13CN.incompta和δ13CN.pachyderma差值在Heinrich 4和5期间增大,反映了季节性温跃层变浅,推测与北大西洋暖流增强有关。浮游有孔虫组合进一步反映了海洋上层水团性质, 特别是N. pachyderma和Neogloboquadrina incompta的相对丰度反映了MIS3期以来海表温度（SST）变化。     

海南岛滨珊瑚δ18O对环境条件的响应

利用采自海南岛东岸沙老岸礁的活体橙黄滨珊瑚岩心,测试了其中11 a (1992-2002)的珊瑚骨骼氧同位素组成。通过与同期观测记录的海洋表面温度、海洋表层盐度进行比较分析,提出珊瑚δ18O对环境条件变化的响应特征。该地区珊瑚δ18O的年际变化主要受海洋表面温度的控制,而以夏季为代表的季节性变化则主要受海洋表层盐度的影响。     

16 Ma以来南海北部海域古水温变化规律与机制

长期以来古海洋表层古水温研究的热点主要集中在第四纪,很少涉及到2.5 Ma之前。利用ODP 184航次1147和1148站位的获得的相关资料,并主要采用长链烯酮U37k)和底栖有孔虫氧同位素(δ18O)两种方法,计算海水氧同位素组成,然后,利用浮游有孔虫氧同位素法计算16 Ma以来的海水温度变化,探讨南海北部16 Ma以来的古海水温度变化机制。结果表明,南海北部水温总体趋势与全球气候发展相对应,在北半球冰盖形成时期,海水表层温度与代表高纬冰盖体积大小的底栖有孔虫δ18O几乎同步变化,反映出南海热带海区古气候变化的特殊性,为进一步研究低纬热带海区在全球古气候变化中的作用提供了新证据。     

浮游有孔虫壳体重量的古海洋学应用

海洋沉积物中浮游有孔虫壳体重量同时受到上层海洋钙化过程和深海碳酸钙溶解作用的影响,是一种潜在的古海洋代用指标。基于全球大洋表层沉积物的指标现代过程校准,发现当深海碳酸根离子饱和度＜20 μmol·kg−1,溶解作用开始显著影响浮游有孔虫壳体重量。易溶种的壳体重量对碳酸根离子饱和度的响应更加敏感,可以作为可靠的深海碳酸根离子饱和度代用指标。当深海碳酸根离子饱和度＞20 μmol·kg−1,浮游有孔虫壳体重量可反映其钙化程度。基于该指标的古海洋学研究揭示了冰期旋回中浮游有孔虫钙化过程主要响应海水碳酸盐系统和温度变化;上新世以来太平洋深海碳酸根离子饱和度演化主要受控于海平面、南大洋冰盖/海冰和全球温盐环流变化。浮游有孔虫壳体重量指标为探索海洋碳循环演化提供了有力工具。     

南海西南陆坡末次冰期以来的浮游有孔虫及其古气候意义

对南海西南陆坡区SA08-34柱状样浮游有孔虫进行了定量统计分析,并采用古生态转换函数FP-12E计算各样品所代表的海水表层古温度(SST),结合14C测年和CaCO3分析结果,揭示了该海域末次冰期以来的古海洋学特征。末次冰期以来SST具有较大的变化,其中冰后期SST冬季为24.85~26.23℃,夏季为28.81~29.36℃,季节温差为2.66~4.47℃;末次盛冰期SST有明显的周期性波动,SST冬季为23.60~26.86℃,夏季为28.45~29.63℃,季节温差为2.34~5.09℃;末次间冰段SST冬季为23.48~27.57℃,夏季为28.82~29.73℃,季节温差为2.16~5.34℃。南海西南陆坡区在末次冰期出现6次明显的海水表层降温事件,其中"新仙女木"事件的年代约为11.75~12.38 kaBP,H1-H4事件的年代分别约为15.51~16.76、21.15~22.40、26.79~27.42和34.31~34.94 kaBP。     

近7300 aBP以来冲绳海槽北部上升流的演化

对取自冲绳海槽北部的DOC024岩心进行了浮游有孔虫氧同位素和统计分析,依据浮游有孔虫群落组合和Neogloboquadrina dutertrei δ18O的记录以及表层海水温度、温跃层深度的变化揭示了近7300 aBP以来日本九州西南海区上升流的演化过程。7300~7000 aBP期间,较轻的δ18O值、较高的年平均表层海水温度以及典型上升流种Globigerina bulloides的低含量和较大的温跃层深度指示这一时期该海区上升流尚不发育,其环境主要受黑潮暖流的控制;7000~4800 aBP期间,区域环境略有变化,上升流开始出现,但发育程度不高;在4800~4200 aBP期间,各环境参数的变化都说明该时期为上升流的迅速发育期,并逐渐取代黑潮成为该区环境的主要控制因素。1900~1200 aBP期间上升流发育程度有所减弱,1200~400 aBP之间上升流的发育又逐渐增强,到约400aBP以后,N.dutertrei δ18O的明显加重、年平均表层海水温度的显著下降、Globigerina bulloides含量的快速增加和温跃层的明显变浅指示近400 aBP以来是区域上升流发育程度最强的时期。     

Sea surface temperature variations in the southwestern South China Sea over the past 160 ka

Sea surface temperatures (SSTs) in the southwestern South China Sea have been reconstructed for the past 160 ka using the Uk37 paleothermometer from the core MD01-2392. The temperature differences between glacial times (MISs 6 and 2) and interglacial times (MISs 5.5 and 1) are 2.2~2.5 ℃. Younger Dryas event during the last deglaciation was documented in both the planktonic foraminiferal δ18O and SST records. After MIS 5.5, SSTs displayed a progressive cooling from 28.6 to 24.5 ℃, culminating at the LGM. During this gradual cooling period, warm events such as MISs 5.3, 5.1 and 3 were also clearly documented. By comparison of SST between the study core and Core 17954, a pattern of low or no meridional SST gradients during the interglacial periods and high meridional SST gradients during the glacial periods was exhibited. This pattern indicates the much stronger East Asian winter monsoon at the glacial than at the interglacial periods. Spectral analysis gives two prominent cycles: 41 and 23 ka, with the former more pronounced, suggesting that SSTs in the southern SCS varied in concert with high-latitude processes through the connection of East Asian winter monsoon.     

南海北部晚渐新世与早中新世之交T60构造运动的古水深响应

本文采用国际大洋发现计划(IODP)第368航次U1501站位井深264.0～331.1 m的样品,通过有孔虫壳体氧同位素地层和锶同位素定年,得出该段井深年龄为晚渐新世−早中新世20.3～32.0 Ma(地震反射不整合面T60的底部年龄在28～30.5 Ma左右)。T60构造运动之后,岩芯沉积物中有机碳含量、底栖有孔虫壳体稳定碳同位素δ¹³C、浮游与底栖有孔虫碳同位素差值Δδ¹³C_P-B指示海水表层生产力的降低;碳酸钙含量、有机碳/氮比值反映了陆源物质输入的减少;结合浮游有孔虫相对丰度以及底栖有孔虫的属种组合变化,共同揭示了南海北部在晚渐新世−早中新世时期,区域构造沉降运动导致了U1501站位在T60之后古水深逐步加深、离岸距离变远,相关结论从微体古生物学角度为认识T60构造事件及其沉积环境变化提供了科学证据。     

台湾海峡西北部表层沉积物中有孔虫分布对沿岸上升流存在的响应

对台湾海峡西北部福建平潭岛附近海域337个表层沉积物样品中的有孔虫进行分析鉴定,研究结果表明浮游有孔虫优势种Globigerinoides sacculifer、G.ruber、Globigerina bulloides的分布及底栖有孔虫组合受到不同水团的影响。根据浮游有孔虫上升流指示种G.bulloides、底栖有孔虫组合和高营养盐深水种的分布特征,对研究区受夏季沿岸上升流的影响范围和程度进行评估。研究区沿岸上升流主要分布于东南部水深大于40 m的海域及平潭岛东部水深20 m附近,最远可达水深低于10 m的海湾内部分区域,但强度相对减弱,水深较浅的陆地和岛屿边缘附近未受沿岸上升流影响。平潭岛东北部到南日岛西南部水深10~30 m部分区域由于受到冬季浙闽沿岸流的影响,沿岸上升流在该区域的沉积记录缺失。     

南海中部全新世以来海山深潜区有孔虫的地球化学记录及反映的气候变化

有孔虫在生长发育过程中能够捕获或黏附周围海水中的钙质或硅质形成自己的壳体,因此有孔虫的地球化学特征能够记录古气候、古海洋和古环境信息。以2017年蛟龙号第136潜次在南海珍贝海山底部约2 500 m水深位置精准采集的柱状样品为研究对象,对其中的G.ruber以及G.sacculifer两类浮游有孔虫壳体的Mg/Ca以及碳氧同位素组成进行了分析测试。结果表明自12.6 ka以来该海域表层海水温度(SST)的变化范围为24.4～29.3℃,平均温度为26.2℃,并能够识别出明显的气候突变事件,在时间范围上与新仙女木事件和全新世东亚夏季风突变事件大致吻合。这些突变事件可能受控于ENSO活动和热带辐合带(ITCZ)平均位置的纬向移动,并与北大西洋冰筏事件具有遥相关。此外,发现全新世期间浮游有孔虫G.sacculifer和G.ruber的碳同位素分馏值Δ¹³C_{G.sacculifer-G.ruber}与SST变化有关,SST降低时,Δ¹³C_{G.sacculifer-G.ruber}呈负偏;而在SST升高时,Δ     

西北太平洋柔鱼冬春生群体栖息地的变化研究

柔鱼（Ommastrephes bartramii）是短生命周期鱼种,其适宜栖息地范围受海洋水温条件的显著影响。本文根据2006-2015年7-11月中国鱿钓技术组提供的西北太平洋柔鱼冬生群体的捕捞数据以及海表温度（SST）数据,利用捕捞努力量与SST的频率分布关系,估算柔鱼各月适宜温度范围（PFSST）,对1985-2015年柔鱼PFSST进行估算,同时分析柔鱼PFSST的年代际变化规律,并评估不同强度厄尔尼诺和拉尼娜事件对柔鱼栖息地的影响。研究表明,2006-2015年柔鱼各月适宜的SST具有明显变化,7-11月对应适宜的SST范围分别为16~19℃、17~21℃、15~19℃、14~16℃和12~13℃。单位捕捞努力量渔获量大小随PFSST变动而发生相应变化,两者具有显著正相关关系,这说明了柔鱼渔场范围内适宜温度面积增加,对应柔鱼资源丰度上升。1985-2015年柔鱼PFSST呈现显著的月间和年际变化,7-11月PFSST具有先增加后递减的变化规律,且7-9月PFSST年际波动相似,10和11月PFSST年际变化相似。同时,柔鱼PFSST与渔场内SST具有显著正相关关系。柔鱼渔场内PFSST受厄尔尼诺和拉尼娜事件调控,其面积随气候事件的强度发生变化,具体表现为:弱拉尼娜事件和正常气候条件下,柔鱼渔场范围内水温最高,适宜栖息面积显著增长;中等强度和高强度拉尼娜条件下,柔鱼渔场内平均水温较高,但适宜栖息面积较前两者显著减小;弱强度、中等强度和超高强度厄尔尼诺条件下,柔鱼渔场内水温均较低,但弱强度和超高强度厄尔尼诺条件下柔鱼适宜栖息面积均大于中等强度厄尔尼诺条件。     

Temporal variations in the deep-water colonization rates of small benthic foraminifera: the results of an experiment on Cross Seamount

Modern benthic foraminifera are important remineralizers of organic matter and a link between surface-ocean production and life in the deep sea. Assemblages of benthic foraminifera are preserved in the fossil record, providing clues to paleoceanographic conditions. These clues can be fully interpreted only when our knowledge of the biology and ecology of modern species is more complete. To study factors influencing foraminiferal colonization rates, artificial substrates were placed on Cross Seamount (18°40′N, 158°17′W) for 1 to 42 months between 1989 and 1994. The colonization rates of benthic foraminifera onto different substrates (five mineral types were used) at four water depths (800, 975, 1285 and 2000 m) were determined. Both calcareous and agglutinated foraminifera inhabited these artificial substrates at different rates. Many of the agglutinated forms colonized at a uniform rate through time. The colonization rates of other foraminifera, primarily calcareous forms, were not constant through time, nor could the variability be attributed to the controlled variables (water depth and substrate composition). Instead, these temporal variations in colonization rate corresponded with shifts in surface ocean conditions and export fluxes in the central Pacific. Other ecological observations are also presented, including size- and spatial-distributions.     

MIS3以来黄土高原东南部石笋阶段性沉积记录的夏季风演化

基于山西龙洞8个铀钍年代和100个氧同位素数据(δ18O)重建了深海氧同位素(MIS)3阶段以来东亚夏季风演化历史。石笋L8沉积并不连续,主要生长在58.0~54.5, 27.1~18.0和6.8~3.9kaBP 3个阶段。不同于季风边缘区其他洞穴记录,石笋δ18O值在24.5kaBP突然增加1‰,表明MIS2早期内陆地区经历了一次显著的弱季风过程,可能响应于北大西洋Heinrich 2事件。石笋δ18O序列伴随着轨道尺度太阳辐射的变化,晚全新世δ18O值持续偏重意味着低纬热带辐合带逐步南移,导致北方地区夏季风降水持续减少。Dansgaard-Oeschger(D-O)15事件具有明显的双峰结构,与格陵兰冰心记录的亚千年尺度温度波动几乎同步变化。     

中更新世气候转型期西太平洋暖池的表层海水温度和氧同位素变化

通过对大洋钻探(ODP)第130航次807站A孔井深12.54～16.38m沉积物中浮游和底栖有孔虫的稳定同位素δ18 O以及浮游有孔虫壳体的Mg/Ca测试,揭示了中更新世气候转型期(800～1 000kaBP)西太平洋暖池表层海水温度和氧同位素的变化。研究发现,中更新世时期ODP 807站的表层海水温度在25.1～30.9℃之间浮动,平均为28.4℃,接近现代暖池区实测温度值,冰期/间冰期之间的温度差值在1.5～5℃左右,与晚第四纪时的温差相近;同时,表层海水温度和底栖有孔虫氧同位素呈现同步变化的趋势,没有明显的超前或滞后的相位关系,区别于前人在暖池区的研究结果。间冰期时,表层海水温度上升伴随着温跃层变深、盐度降低,与现代西太平洋暖池La Ni珘na状态类似;冰期时则类似于El Ni珘no状态。中更新世气候转型期,西太平洋暖池的表层海水温度、温跃层深度变化受低纬热带驱动影响,都显示出强烈的岁差周期(16.8ka),而底层水氧同位素更多受到高纬的影响。     

西北冰洋楚科奇海台南部08P23孔氧同位素3期以来的古海洋与古气候记录

Multiproxy investigations have been performed on Core 08P23 collected from the Chukchi Plateau, the western Arctic Ocean, during the Third Chinese National Arctic Expedition. The core was dated back to Marine Isotope Stage(MIS) 3 by a combination of Accelerator Mass Spectrometric(AMS) carbon-14 dating and regional core correlation. A total of five prominent ice-rafted detritus(IRD) events were recognized in MIS 2 and MIS 3. The IRD sources in MIS 3 are originated from vast carbonate rock outcrops of the Canadian Arctic Archipelago and clastic quartz in MIS 2 may have a Eurasian origin. Most δ18O and δ13C values of Neogloboquadrina pachyderma(sinistral)(Nps) in Core 08P23 are lighter than the average values of surface sediments. The lighter δ18O and δ13C values of Nps in the two brown layers in MIS 1 and MIS 3 were resulted from meltwater events; and those in the gray layers in MIS 3 were caused by the enhanced sea ice formation. The δ18O values varied inversely with δ13C in MIS 2 indicate that the study area was covered by thick sea ice or ice sheet with low temperature and little meltwater, which prevented the biological productivity and sea-atmosphere exchange, as well as water mass ventilation. The covaried light values of δ18O and δ13C in MIS 1 and MIS 3 were resulted from meltwater and/or brine injection.