南海北部盛冰期以来古海洋环境变化的沉积记录

利用气候替代指标U₃₇k-SST,浮游有孔虫Globigerinoides ruber的δ18O,δ13C,微体古生物种群变化、陆源和生源组分以及沉积物粒径等,对南海北部69孔沉积物进行综合研究.结果表明U₃₇k-SST在冰后期为23.3～26.9℃,在末次盛冰期时为22.2～23.8℃.用浮游有孔虫转换函数法对季节温差进行估算,在冰后期为4.5～7.0℃,在末次冰期为7.0～9.0℃,两种估温法均反映了古气候变化相应的海水表层温度.69柱沉积物地层记录在末次盛冰期浮游有孔虫温带优势种Neogloboguadrina pachyderma和营养种Neogloboguadrina dutertrei丰度一致增加;热带优势种Pulleniatina obliqueloculata和Globigerinoide sacculifer以及超微化石丰度则相应减少,而冰后期则相反.浮游有孔虫、钙质超微化石组成和数量的改变也为古海洋温度升、降提供了直接的证据.研究还表明南海北部冰后期以河流搬运为主,末次盛冰期时以风力搬运占优势,这反映了冬季风强化.     

南海东北部冷泉区末次冰期沉积间断及其成因

对南海东沙海域冷泉区DH-CL10和DH-CL5柱状样开展AMS14C年代学、高分辨率底栖有孔虫和沉积物同位素以及沉积学研究。结果表明:DH-CL10柱状样在全新统底部574 cm处出现沉积间断,间断面相邻沉积物AMS14C年龄分别为9 850/(9 680~9 950) cal.aBP和27 610/(27 500~27 700) cal.aBP,相当于MIS2期和部分MIS3期的沉积缺失。底栖有孔虫Uvigerina bifurcata的δ13C值为-0.37‰~-1.91‰,平均值为-1.11‰,沉积物全岩碳同位素值为-22.7‰~-23‰,均为正常的碳同位素值。尽管该柱状样未发现天然气水合物分解释放的地球化学证据,但相邻的DH-CL5柱状样相当于其所缺失的部分沉积中的自生碳酸盐岩和沉积物的δ13C负偏明显,分别为-55.24‰和-25.9‰~-27.9‰,表明与天然气水合物分解有关。推断DH-CL10柱状样沉积间断所缺失的沉积物可能记录了天然气水合物分解的证据,且沉积间断主要出现在末次盛冰期低海平面,与天然气水合物易分解的时间相吻合,因此,沉积间断的形成可能主要与下伏天然气水合物的分解导致沉积物的滑塌有关。     

南海北部15 kaBP以来表层海水温度变化:来自海洋硅藻的记录

对西太平洋边缘海148个表层硅藻样品中菱形海线藻(Thalassionema nitzschioides)及其小形变种(Thalassionema nitzschioidesvar.parva)的分布与表层海水温度(SST)之间关系进行研究,将菱形海线藻小形变种与所有菱形海线藻百分含量的比值(简称硅藻Rparva值)视为温度指数,开展南海北部MD05-2904孔附近海域15kaBP以来表层海水温度变化研究。结果表明:(1)南海北部15 kaBP以来表层海水温度呈现明显的阶段性波动特点,即末次冰消期气候转暖过程中,12.9~11.5 kaBP前后温度略有下降,与新仙女木事件对应,全新世南海北部气候依次经历了升温期、高温期和降温期3个变化阶段;(2)全新世大暖期鼎盛期结束后,南海北部海水温度阶段下降,两次明显降温分别发生于4 kaBP前后和1.5 kaBP前后;(3)MD05-2904孔硅藻Rparva值时间序列曲线与董哥洞D4石笋δ18O曲线对比表明,南海北部表层海水温度变化与末次冰消期以来东亚季风强度变化关系较为密切。     

南海西南部海区近200ka来的动力环境与东亚古季风

包括南海在内的热带海洋是东亚夏季风的发源地,分析其动力环境特征的的演变历史,可提供东亚古季风活动的海洋证据。对取自该海区的NS93-5柱状样做了详细的粒度分析,结合氧内闰素地层结果、微体古生物观察统计和CaCO3测试资料,尝试采用高精度的粒度分析作为替代性指标,讨论近200ka以来的水动力及古生产力变化特征。结果认为,自末次盛冰期以来该海区的海洋动力环境发生了明显的变化,而在此之前则变化不显著,在倒数第2次冰期中由于夏季风作用致该局部区域上升流发育和海面温度偏高。古生产力变化规律一般是：在冰期较高,并呈稳定或上升趋势;在间冰期较低,出现下降现象。近200ka来的特殊情况出现于全新世早期,古生产力达到最高值。通过与黄土高原及其它地区的古季风环境对比,发现东亚古季风区内在全新世和末次盛冰期的遥相关较好,而在倒数第2次冰期中存在明显差别,说明在冬季风和夏季风的相互作用下,产生了特定时期内典型季风区的局部海洋区域性特征。     

南海南部末次冰期以来的沉积物特点及其古环境意义

对南海南部接近湄公河三角洲中陆坡上的MD01 2392站样品进行了地球化学和粒度分析,揭示出该站位上部12 8m地层包含了完整的末次冰期约7万年以来的沉积旋回。其MIS4期以来的沉积速率是南海南部已知站位柱状样中最高的,呈现冰期高而间冰期低的特征;并发现沉积物中Ti、Si、Fe和Al等元素含量在冰期时高,推测与低海面时期具较高的陆源物质输入有关。元素Sr、Ba、Ca的含量分布与CaCO3的相似,冰期低、间冰期和全新世高;推测冰期低值是陆源和非CaCO3物质稀释作用的结果。粒度分析表明粉砂(2～63μm)是该站陆源物质的主要成分,粗组分(>63μm)主要出现在MIS2的早、晚期,指示有浊流沉积存在。     

南海东北部表层沉积中生源和矿物碎屑组分分析及其古环境意义

通过对南海东北部128个表层沉积样品的定量研究，揭示隆源和矿物碎屑各组分的分布，也显示了组分分析作为一种简单、快速的研究方法在海洋古环境研究中的潜力，研究区生源碎屑的分布明显受与水深相关的深海溶解作用所控制，水深3500-4000m的现代南海CCD以下，钙质生物的含量急剧减少，而硅质生物的含量急剧增加，研究区表层沉积中的碎屑矿物主要来源于亚洲大陆，吕宋镐的风化产物只起次要作用，且其分布主要受与离岸距离远近和海流相关的搬运作用所控制。     

南海琼东上升流区过去1900年海洋生产力记录

对南海琼东陆架上升流区一根45 cm海洋沉积柱样进行了年龄和地球化学元素分析,并利用生物源Ba(Babio)重建了研究区过去1 900年的海洋生产力记录。结果表明海洋生产力在过去的1 900年中变化明显,在中世纪暖期时生产力相对较高,而在气候相对凉爽的小冰期时生产力相对低。海洋生产力在过去100多年增加迅速(当前Babio约为210μg/g),达到过去1 900年以来的最高水平。通过与气候环境记录对比,发现琼东上升流区海洋生产力受东亚夏季风影响显著,并与温度变化之间存在一定的关联。在气候温暖期,东亚夏季风强度增加,引起沿岸上升流增强,使得海洋生产力提高。在全球变暖背景下,人为因素导致的气候变化可能会对该地区海洋生产力造成影响。     

末次冰期以来南海东北部陆源有机碳埋藏通量演变:海平面和季风驱动

大陆边缘盆地是大陆风化剥蚀产物的主要沉积汇,其中有机碳的埋藏通量及其控制机制的研究对于理解全球碳循环具有重要科学意义。本研究基于南海东北部台西南盆地TWS-1岩芯的AMS14C测年、总有机碳、总氮含量和稳定碳同位素组成的分析,探讨了末次盛冰期23ka BP以来南海东北部陆源有机碳的来源、历史和影响机制。与潜在物源端元对比表明,台湾是研究站位沉积物陆源有机碳的主要物源,相对海源其贡献比例约为58%,陆源物质可能主要通过海底峡谷水道和低海平面时期陆架河流输入。重建的陆源有机碳通量在末次冰消期早期(19—13kaBP)和中全新世(7—4ka BP)期间有两个峰值,分别约0.16g/(cm2·ka)和0.09g/(cm2·ka)。综合分析表明,二者分别受控于冰期低海平面时期增强的陆架风化剥蚀和全新世季风强盛期降水驱动的古台湾岛剥蚀。我们的工作表明冰期-间冰期循环中海平面和季风分别驱动的大陆边缘有机碳埋藏可能对全球碳循环和大气CO2浓度演变有重要影响。     

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。     

南海中北部海域晚更新世以来沉积速率及其变化机制

本文根据沉积速率变化受沉积环境制约机理，计算了南海中北部海域晚更新世以来沉积速率的变化，分析该海域沉积环境的特征。通过７个粒状样沉积速率的计算与分析，认为晚更新世以来沉积速率明显高于典型的大洋沉积环境的沉积速率，平均为１０．２ｃｍ／ｋａ，北部海域平均沉积速率为１１．３ｃｍ／ｋａ，南部海域平均沉积速率为６．０ｃｍ／ｋａ，表现为近陆区沉积速率高，远离大陆速率低的特点。     

南海南部表层沉积物中生物硅的分布及其环境意义

对南海南部25个表层沉积样进行了生物硅的测定分析,试图揭示南海南部表层沉积生物硅的分布及其对现代海洋环境的指示意义,以便为古海洋学研究提供进一步的科学依据。研究发现,表层沉积物中生物硅含量与其所处水深呈显著正相关关系,相关系数达到0.782。陆架浅水区表层沉积物中生物硅含量非常低,不能反映表层水体中硅质生物生产力情况,这可能与沉积类型和陆源物质输入影响有关。深水区表层沉积物中生物硅的含量分布表明,其不仅能反映表层水体中硅质生物的古生产力水平,而且还能指示上升流的强弱,从而进一步证实了利用沉积物中生物硅含量来追踪上升流发育和变化的有效性与可信度。研究结果还显示,在研究区域中北部表层沉积生物硅中放射虫和海绵骨针较硅藻占有更大的比重,这可能是由于硅藻易被溶解并易被其他生物体摄食的缘故。在有上升流发育的海域,放射虫、硅藻和海绵骨针基本上表现出较高的丰度,这与高的生物硅含量相一致。     

南海上升流研究概述

本文对近40a来南海上升流研究结果进行了概述，重点介绍了南海北部陆架区上升流的时空分布特征，及其消长和形成机制等研究成果．这些研究成果揭示上升沈是整个南海北部陆架区夏季的普遍现象，具有南海海盆的空间尺度．引起南海北部陆架区夏季上升流存在的动力因素是盛行的西南季风．该上升流在空间和时间上的分布是不均一的，海南岛东北和闽、粤边界海域是上升流中心区；台湾浅滩周围的上升流呈多元结构，各上升流区海水的理化性质存在看明显差异；在粤东，上升流的影响可达沿海港湾内部，并支配看这些港湾的夏季水文条件．南海除了在其北部陆架区存在看夏季上升流外，夏季在越南东部沿岸和冬季在吕宋岛沿岸均存在看上升流。     

南海中西部渔场上升流时空变化特征分析

南海中西部海域是我国外海渔业开发的潜在渔场之一,摸清该海域的物理环境特征可为我国开发中西部渔场提供参考。本文以遥感风场和海温数据为基础,分析了2003~2012年西南季风期起止时间的年变化、上升流中心位置时空变动以及风场对上升流中心位置变动的影响。结果表明:在南海中西部海域,西南季风期通常从5月份开始,到9月份结束,西南季风持续天数平均值为129.4 d,其中,风向角呈51°~60°的天数最多,占总季风天数的21.98%,西南季风期持续时间有增加的现象。上升流中心位置变动范围为11°~15°N,109°~112°E。西南季风期平均风速减小时,年平均上升流中心在经向上向近岸移动,在纬向上向高纬度移动;平均风速增加时,年平均上升流中心在经向上向离岸方向移动,在纬向上向低纬度移动;当西南季风期平均风向角减小时,年平均上升流中心向低纬度移动,平均风向角增大时,年平均上升流中心向高纬度移动。此外,发现厄尔尼诺年此上升流面积显著大于非厄尔尼诺年,而最低温度比2003~2012年平均最低温度低1.3℃。     

冬季婆罗洲岛西北沿岸上升流的时空特征及机理研究

Winter coastal upwelling off northwest Borneo in the South China Sea(SCS) is investigated by using satellite data, climatological temperature and salinity fields and reanalysis data. The upwelling forms in December, matures in January, starts to decay in February and almost disappears in March. Both Ekman transport induced by the alongshore winter monsoon and Ekman pumping due to orographic wind stress curl are favorable for the upwelling. Transport estimates demonstrate that the month-to-month variability of Ekman transport and Ekman pumping are both consistent with that of winter coastal upwelling, but Ekman transport is two times larger than Ekman pumping in January and February. Under the influence of El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO), the upwelling shows remarkable interannual variability: during winter of El Ni?o(La Ni?a) years, an anticyclonic(a cyclonic) wind anomaly is established in the SCS, which behaves a northeasterly(southwesterly) anomaly and a positive(negative) wind stress curl anomaly off the northwest Borneo coast, enhancing(reducing) the upwelling and causing anomalous surface cooling(warming) and higher(lower) chlorophyll concentration. The sea surface temperature anomaly(SSTA) associated with ENSO off the northwest Borneo coast has an opposite phase to that off southeast Vietnam, resulting in a SSTA seesaw pattern in the southern SCS in winter.     

夏季南海北部浮游植物对上升流与羽状流的响应

文章建立了基于真实场驱动的三维物理—生态耦合模型, 利用模型定量分析了夏季南海北部上升流和羽状流过程对浮游植物生物量空间分布的影响程度及作用机制。首先, 利用2006—2008年卫星遥感数据及2006与2008年夏季观测数据对模型进行了验证, 结果表明, 模型能较好地再现夏季南海北部上升流和羽状流过程, 较好地反映出浮游植物的空间分布特征。模拟分析结果显示, 夏季南海北部浮游植物主要分布在50m等深线以内。琼州海峡东部海域和汕头海域浮游植物垂向分布较为均匀, 上升流的贡献均达到90%以上, 表层水平平流输送是浮游植物主要的汇, 生物过程是浮游植物的源。珠江口和汕尾海域浮游植物存在表层和次表层两个高值区, 羽状流贡献35%~40%, 主要促进表层浮游植物生长, 而上升流贡献60%~65%, 主要促进中底层浮游植物的生长。粤西海域上升流对浮游植物的贡献占92%, 主要促进中底层浮游植物生长, 而表层浮游植物浓度极低。整体上, 夏季南海北部上升流和羽状流主要是通过输送营养盐的方式影响浮游植物的生长。上升流对营养盐的输送作用是向岸方向的爬升输送和平行于等深线的沿岸流输送共同作用的结果。跃层的存在改变了营养盐的垂向输送过程, 是导致上升流和羽状流过程对不同水层浮游植物贡献差异的关键因素之一。整体而言, 夏季南海北部浮游植物空间分布差异是以上升流、羽状流主导, 环流—营养盐—生物过程共同作用的结果。     

南海西部夏季上升流锋面的次中尺度特征分析

利用卫星遥感资料和区域海洋数值模式ROMS(regional ocean modeling system)高分辨率数值模拟结果, 对南海西部夏季上升流锋面的次中尺度特征及其非地转过程进行了探讨。高分辨率卫星遥感观测和数值模拟结果显示, 南海西部夏季锋面海域存在活跃的次中尺度现象, 其水平尺度约为1~10km, 且具有O(1)罗斯贝数(Rossby number, Ro)的典型次中尺度动力学特征。进一步的诊断分析表明, 在夏季西南风的驱动下, 沿锋面射流方向的风应力(down-front wind stress)引起的跨锋面埃克曼输运有利于将海水由锋面冷水侧向暖水侧输运, 减小了锋面海域的垂向层结和Ertel位涡, 加剧了锋面的不稳定, 并形成跨锋面的垂向次级环流。高分辨率模拟结果显示, 锋面海域最大垂向流速可达100m?d ^-1, 显著增强了上层海洋的垂向物质交换。因此, 活跃在锋面海域的次中尺度过程可能是增强南海西部上升流海域垂向物质交换的重要贡献者。     

南海S08-57站柱样岩心地球化学特征及古海洋学意义

对南海S08-57站柱样岩心的CaCO3、SiO2、Al2O3、TFe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、TiO2、P2O5、MnO、Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Ba、Sr、Rb、V、Cr、La、Ce和Ta的含量变化进行了分析;根据CaCO3含量变化建立了碳酸钙地层时标,提出了南海碳酸钙地层学的SB4.0事件,进一步完善了南海标准碳酸钙地层学时标;讨论了沉积物地球化学特征及古海洋学意义。结果表明,S08-57柱样岩心的SB3.33m事件附近存在一次强碳酸盐沉积,Al2O3、TiO2、Nb、SiO2、K2O、Ta、La、Rb、Ce、MgO、Zn、TFe2O3、Na2O、V、Pb和Cr的沉积曲线与CaCO3近似呈镜像关系。     

南海南部沉积物中黏土矿物组成变化及其古沉积信息记录初探

通过对南海南部2个代表13万a以来柱状沉积样品高分辨率的黏土矿物组成分析,认为所研究的黏土矿物主要为陆源碎屑成因,埋藏过程中的成岩变化或黏土矿物自生特征不明显,而以采样点南面加里曼丹岛、菲律宾东、西两侧的火山群岛和湄公河流域为主要陆源的地质条件、风化环境及物质迁移途径的差异控制了南海南部沉积物中黏土矿物组成的空间和时间变化.研究发现,沉积物样品中较高的蒙皂石含量对应于地质历史上的暖期,而较低的蒙皂石含量对应于冷期.伊利石的行为及其古海洋指示意义则与蒙皂石相反.将柱状沉积物样品上高分辨率的黏土矿物组成分析作为一种研究方法,有助于研究晚第四纪以来南海陆源碎屑物的源区特征、迁移途径及海区古环境演变.     

南海叶绿素浓度季节变化及空间分布特征研究

以南海海域1997年10月至2002年9月SeaWiFS卫星遥感叶绿素浓度的资料为基础,分析了多年平均的南海叶绿素浓度的时空分布,初步分析结果表明,冬季南海大部分海域叶绿素浓度普遍较高,春季大部分海域较低;南海各个海区的叶绿素月平均最低浓度基本出现在春季的4月或5月,而最高浓度出现的月份却有不同的特征,在中央海盆区出现在12月,在广东沿岸海区出现在7月,在越南东南部近岸海域在8月和12月有两个最高值;在吕宋海峡的西部区域,尽管叶绿素浓度的最高值也出现在12月,但是叶绿素浓度的最低值却出现在夏季的7月.在空间上近岸区域的叶绿素浓度明显高于中央海盆区,西部海域普遍高于东部海域.南海叶绿素浓度的这一时空分布特征与流场(如上升流等)、海面温度场和风场等的变化有关,也与陆源物质的输入等关系密切.     

南海南部造山运动及其与古南海俯冲的成因联系

古南海的展布范围以及俯冲消亡过程等一直是地质学家们争论的焦点问题。这不仅与南海扩张诱因密切相关,而且对南海地球动力学研究有重大的指导意义。在研究前人文献的基础上,对南海南部造山运动以及古南海俯冲过程之间的关系进行详细的论述。结果表明,南海南部构造活动主要分为两期：第一期运动从早白垩纪到晚白垩纪,古太平洋的洋壳俯冲到婆罗洲岛下方,俯冲带位于现今卢帕尔线一带,引起了曾母-南沙地块不断向西南婆罗洲靠近,并于晚白垩纪引发了碰撞造山运动。由于婆罗洲自身是由众多地块拼合而成,所以在始新世期间发生了多期碰撞之后的地块变形重组事件。最终在晚始新世（37 Ma）完成最后一期变形（沙捞越运动）。第二阶段是晚始新世（35 Ma）到中中新世（15.5 Ma）,位于西巴拉姆线以东至菲律宾卡加延一带的古南海从西巴拉姆线以东,向婆罗洲岛下方俯冲,随后扩散到沙巴以及巴拉望岛以南的地区,直至菲律宾的民都洛岛一带停止俯冲。由此产生的拖曳力是南海扩张的主要诱因。与古太平洋板块俯冲产生的效果相似,古南海的俯冲使得婆罗洲岛与南沙地块不断靠近。在中中新世（15.5 Ma）,引起南沙地块与婆罗洲岛在沙巴地区的碰撞（沙巴造山）以及巴拉望北部陆壳与菲律宾岛弧的碰撞而停止。由此带来的不整合面在南海南部普遍可见,甚至到达了巴拉望岛一带。而现今南沙海槽与巴拉望海槽并非是俯冲带的前渊,前者是对沙巴新近纪增生楔重力驱动变形的响应,后者是巴拉望岛北侧伸展背景下产生的半地堑盆地,在后期增生楔的作用下发生强烈沉降所形成。真正的俯冲带则分别位于南沙海槽东南部以及巴拉望海槽东南部。据现有证据推测,最少在10 Ma之前古南海就在菲律宾民都洛一带停止俯冲,从而完成了整个古南海的封闭。