赤道西太平洋晚第四纪古生产力变化:来自元素比值的证据

通过对热带碳循环"973"项目于2008年暖池区专题航次采集的KX08-97321-2柱状样(01°25.01'S,157°58.91'E;水深1897m)进行X射线荧光光谱(XRF)扫描以及浮游有孔虫氧同位素测定.结果发现,In(Ba/Ti)和In(ca/Ti)指示的赤道西太平洋古生产力在过去的370ka以来具有明显...     

南海晚第四纪表层古生产力与东亚季风变迁

根据南海南北陆坡两个站位的柱状样中底栖有孔虫分布,结合有机碳、稳定同位素分析,获得南海近4万年来高分辨率的表层古生产力记录,进而探讨晚第四纪东亚古季风的变迁。研究表明,由于冬季风在本次冰期、夏季风在全新世早期约10000aB．P．急剧增强,分别在南海南北陆坡产生海岸上升流,加上陆源营养物输入增多,使得表层古生产力明显增高、有机碳通量增大至3．5gC／(m²·10³a)以上,从而底栖有孔虫群中Buliminaaculeata和Uvigerinaperegrina占绝对优势。     

27万年来南海南部上部水体结构和古生产力变化的古海洋学记录

浮游有孔虫属种的分布与表层海水温度和上部水体结构的变化以及古生产力水平的高低密切相关,其壳体的地球化学特征也运载着诸多古海洋学信息。本文对南海南部TX05站（6°20.6'N,111°16.2'E;水深1750m）钻孔91个沉积物样品中的浮游有孔虫Globigerinioides ruber、Globigerinoides sacculifer和Pulleniatina obliquiloculata壳体进行了氧、碳稳定同位素（δ ¹⁸O和δ ¹³C）分析,结合5个AMS ¹⁴C测年数据点和5个氧同位素年龄控制点,重建了氧同位素期（Marine Isotope Stage,简称MIS）8期（大约27万年）以来该站温跃层深度和古生产力变化的历史。结果表明,G.ruber、G.sacculifer和P.obliquiloculata壳体δ ¹⁸O记录的冰期-间冰期温跃层海水温度变化幅度大于表层海水,表层海水温差约为3.4℃、温跃层海水温差约为3.7℃。有孔虫温跃层与表层属种壳体的δ ¹⁸O差值（△δ ¹⁸O_{（P.obiliquloculata-G.ruber）}）表明温跃层整体上呈变浅的趋势,特别是自倒数第二个冰消期以来最为明显,且在间冰期时浅、冰期时深。在MIS 8来,上述所有壳体的δ ¹³C呈现逐渐变重的趋势,且在间冰期时相对其前一个冰期时重。3个属种壳体的碳同位素记录表明研究站位的初级生产力自表层向下逐渐增大,到水深50m左右达到最大值,再往深层则递减;其差值（△δ ¹³C_{（G.ruber-P.obliquiloculata）}）、以及浮游有孔虫绝对丰度和高生产力属种的百分含量均显示古生产力水平以倒数第二个冰消期为界呈现阶段性的上升,且总体上在间冰期时较高、冰期时较低。温跃层深度和古生产力的变化可能主要与冰期-间冰期差异逐渐增大背景下的东亚冬、夏季风的强化有关。

     

南黄海北部晚第四纪底栖有孔虫群落 分布特征及对古冷水团的指示

底栖有孔虫和粒度分析结果表明,南黄海北部DLC70 3孔（36°38′15″ N,123°32′56″ E,水深7200 m）7120 m长的柱状样保存了130 ka以来的沉积记录。依据349个样品的底栖有孔虫丰度和特征种的分布,结合岩性粒度变化,可识别9个底栖有孔虫组合,对应5个海相层和4个陆相至过渡相层;结合AMS14C和OSL测年数据建立了钻孔晚更新世以来的年代地层,可以与南黄海其他钻孔的地层进行对比。应用属种组合和不同生态种的丰度变化,探讨了研究区末次间冰期以来的古环境变化,认为海平面频繁波动是该地区不同成因类型地层从陆相、潮间、滨岸、滨海、近岸浅海、到浅海反复演替的关键。孔段2040~2780 m（MIS3早期）和5500~7120 m（MIS5e）的底栖有孔虫优势种是 Buccella frigida和Protelphidium tuberculatum,代表了与目前相似的冷涡边缘的冷水环境,指示南黄海古冷水团在MIS5e和MIS3早期高海平面时期已经存在。     

LGM热带西太平洋硅藻席古生产力定量评估

巨型"树荫种"硅藻在成层化大洋中通过"秋季倾泻"勃发模式向深部大洋输出的有机碳通量等于甚至超过"春季勃发"硅藻, 其在第四纪全球气候转型、大洋碳储库演变中的重要地位最近才予以重视.作为大洋碳循环系统的重要参数, 生产力无疑成为探索这一作用的有效窗口.以东菲律宾海的Ethmodiscus rex硅藻席(LDM, laminated diatom mats)岩心WPD-03为材料, 以opal、TOC、bio-Ba等生源组分数据为基础, 运用前人建立的各种生产力经验公式, 试图估算LGM(last glacial maximum)热带西太平洋LDM的古生产力状况.结果显示, LDM沉积期初级生产力、有机碳雨率和埋藏生产力估算合理, 平均分别为248.42 g·m-2·a-1、61.93 g·m-2·a-1和5.27 g·m-2·a-1.估计的初级生产力与代表高生产力的世界大洋各上涌海区可比, 纠正了成层化大洋生产力低下的传统观点, 支持巨型"树荫种"硅藻对大洋有机碳生产与输出的充分贡献.然而, 估算的输出生产力明显不合理, 表明利用基于真光层建立的生产力模型评估次表层水中的巨型"树荫种"硅藻时应格外谨慎, 加强了区别对待"深部"生产力和"表层"生产力的重要性.LGM热带西太平洋LDM的高生产力状况与风尘硅输入的E. rex勃发条件以及还原的沉积环境相一致.      

高有机质输入对底栖有孔虫的抑制作用——以西北太平洋菲律宾海MD06-3054孔为例

底栖有孔虫古生产力指标-底栖有孔虫堆积速率(Benthic Foraminifera Accumulation Rate,简称BFAR)和小泡虫超科的Uvigerina与Bulimina两属在种群中的百分含量(简称"U+B含量")是目前古海洋学研究的常用方法.然而,从MD06-3054孔的记录中发现,两指标与有机质输入之间不仅不存在很好的线性关系.而且当有机质输入大于阀值时,两指标均随沉积物中总有机碳(Total Organic Carbon,简称TOC)含量的增加而明显地降低,说明过高有机质的输入还会抑制底栖有孔虫的生长和繁盛.另外,还发现当TOC含量较高时,U+B含量指标较BFAR指标相对更适用.     

赤道西太平洋暖池区1.0MaB．P．以来的放射虫和硅藻丰度变化

“西太平洋暖池”是指赤道两侧从太平洋西部（包括南海南部和苏禄海）到印度洋东部一片全球最暖、长期年平均水温超过28℃的海区,其温度比赤道其它地区高出约2～5℃,核心部位在新几内亚以北,平均水温超过29℃。西太平洋暖地不仅是全球大洋热量和水汽的主要源区而且与南方涛动、厄尔尼诺密切相关。西太平洋暖他又处在三大季风环流汇合区域,其巨大的热存储容量对于调节全球气候有举足轻重的影响。由于硅质生物沉积物、放射虫和硅藻等能够反映表层水初级生产力的变化,因此保存在沉积物中的放射虫和硅藻等可以用来揭示过去表层水的生产力状况和沉积过程。     

南海北部MD12-3432站MIS 11期以来底栖有孔虫反映的古环境变化

南海具有典型边缘海特征,其北部陆坡由于具有高沉积速率的地层剖面,可以用于研究亚轨道尺度气候变化。本研究以南海北部陆坡下部MD12 3432柱状样(19°16.88′N,116°14.52′E,水深2 125 m)为主要研究材料,分析其粗组分百分含量、底栖有孔虫丰度和特定环境指示属种的百分含量与丰度,并结合相关研究结果,运用多指标综合分析,重建了南海北部陆坡MIS 11期(距今约40万年)以来的表层初级生产力和底层水溶解氧含量的演化情况。与之前研究不同,本研究发现MIS11期以来南海北部的古生产力在温暖的间冰期高、在寒冷的冰期低,且主要受控于东亚夏季风影响下低纬地区降水强度的变化。在MIS 7期和MIS 9期可能有较高溶解氧含量的底层水进入南海北部,导致在高生产力的暖期中,喜氧的低生产力指示种Cibicidoides wuellerstorfi丰度增加。     

珠江三角洲中部晚更新世以来的有孔虫记录与古环境演化*

珠江三角洲中部钻孔PRD20和PRD17晚第四纪以来的沉积记录较为完整,尤其是晚更新世海侵记录良好。以其为研究对象,对两孔的有孔虫微体动物群记录和沉积特征进行了分析和对比,并结合前人研究成果,重建珠江三角洲晚更新世以来的古环境演变,并着重分析了晚更新世海侵事件。约44500 cal a BP以前,研究区为河流环境,发育河道砂砾沉积。约44500—21300 cal a BP,发生晚更新世海侵,形成溺谷型河口湾,两孔沉积物中有孔虫的垂直分布记录了水体条件发生的多次变化,可辨识出2次海侵海退次级旋回;其中PRD20孔中有孔虫以滨岸广盐型占绝对优势,PRD17孔中以滨岸广盐型为主、海相—半咸水型有孔虫占有一定比例,表明研究区位于溺谷湾中径流与潮流共同作用的区域,且PRD20孔受径流影响更大。约21300 cal a BP后,受末次冰盛期海退影响,研究区暴露于地表遭受风化剥蚀,风化产物在PRD20孔表现为1层褐红色砂砾,在PRD17孔表现为1层花斑黏土。约8000 cal a BP,海平面回升导致河水滞留形成沼泽环境,PRD20孔发育1层泥炭层。约8000—5500 cal a BP,PRD20孔发育受径流影响较大的河口湾湾头沉积,仅在全新世海侵最盛时含有少量有孔虫记录。约5500 cal a BP后,研究区发育三角洲平原沉积。受构造抬升影响,PRD17孔地势较高,于约4700 cal a BP才开始重新接受沉积,零星出现潮水搬运而来的有孔虫。     

珠江三角洲南部晚第四纪环境变化的稀土元素记录

珠江三角洲南部平原PRD05孔稀土元素（REE）的分布特征与晚第四纪沉积环境变化密切相关。随着不同时期沉积环境的波动,稀土元素分布也发生相应的变化。约31000 cal a BP 以前,研究区发育河流环境,受矿物组成和沉积物粒度的影响,REE含量偏低,且重稀土元素（HREE）相对富集。31000-16600 cal a BP 期间,REE含量明显高于前一阶段,并显示轻稀土元素（LREE）富集;稀土元素分布模式表现为河口半咸水环境特征;其上部沉积物经历了末次冰盛期的风化作用,稀土元素分布模式与下部近平行,但LREE的富集程度略高。16 600-10 300 cal a BP 为冰后期海平面上升初期,研究区发育沼泽环境,由于有机质含量高而导致稀土元素含量普遍较高。10 300-5600 cal a BP 为全新世海侵期,研究区持续发育河口湾-浅海环境,其REE含量总体较高,并显示LREE富集;随着水体深度和盐度条件发生多次波动,稀土元素分布特征也表现出小幅度变化。5600 cal a BP 以来,河流作用逐渐增强,并受到潮汐作用间歇性影响,其含量显著下降,但波动频繁。     

70 Ma以来风尘活动在太平洋铁锰结壳中的记录

开展风尘沉积研究对于了解源区气候变化和大气循环过程具有重要意义。利用高分辨率电子探针技术,通过对铁锰结壳中风尘指示因子（Al沉积通量）的年际变化研究,探讨低纬度铁锰结壳中风尘沉积特征。结果显示：在过去近70 Ma中,低纬度铁锰结壳Al沉积通量平均值为300.5  μg/(cm^2·ka),并且记录了南、北半球的不完整风尘史。在晚白垩世－晚中新世期间,M06铁锰结壳位于热带辐合带之南,受南半球风系影响,其Al沉积通量大小反映了环太平洋区域火山活动强度;晚中新世后,受北半球风系控制,M06铁锰结壳Al通量的变化反映了亚洲风尘源区构造和气候的变化。     

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.     

热带东太平洋晚第四纪的古海洋及古气候记录

热带东太平洋8001柱状样晚第四纪以来放射虫标志种Buccinospharea invaginata和Collosphaera tuberosa的研究发现, 它们的初现面(FAD) 出现于柱深22cm和45cm处, 年龄分别为0.21Ma和0.42Ma.它们的初现面年龄与SPECMAP氧同位素记录结合为该柱建立了地层框架.该柱放射虫丰度、生源蛋白石和有机碳含量、粒度的分析显示, 大约在氧同位素11、9~8.4、5~3和1期, 高的放射虫总丰度、第四纪常见种丰度和始新世-渐新世种丰度大致对应于高的中值粒径和平均粒径, 以及大约氧同位素5期以来增加的有机碳含量, 表明此期间贸易风增强, 搬运的陆源颗粒增大, 北赤道洋流加强, 导致上升流增强, 表层水生产力提高, 同时, 南极底层流的活动也加强.大约在氧同位素10、8.3~6和2期, 低的放射虫总丰度、第四纪常见种丰度和始新世-渐新世种丰度大致对应于减小的中值粒径和平均粒径, 反映此期间贸易风减弱, 搬运的陆源颗粒减小, 北赤道洋流减弱, 导致上升流消失, 表层水生产力降低, 同时, 南极底层流的活动也减弱.      

西太平洋782A钻孔新生代的有孔虫

大洋钻探工程” 1 2 5航次的 782 A钻孔位于西太平洋菲律宾海东北部 ,井深 4 76.8m。基底为安山岩 ,上覆盖层为中始新统—更新统的沉积层 ,其中保存有低丰度的有孔虫。自下而上可划分出 8个浮游有孔虫带。由于出现 Catapsydrax dissimilis,C.stainforthi为 N5 、N6 带的带化石 ,表明本钻孔存在早中新世的地层。同时由于缺失浮游有孔虫带 P1 5 — P1 6 下部 ,N3上部—N4,N7—N1 1 带的带化石 ,说明在中始新世与晚始新世之间、晚渐新世与早中新世之间、早中新世与中中新世之间存在 3个沉积间断。钻孔中的有孔虫标志本区当时处于温暖亚热带环境。根据不同时期温度的变化 ,可划分出 5个阶段 ,包括 3个偏暖时期和 2个温凉时期。     

热带太平洋海洋环流与暖池的结构特征、变异机理和气候效应

热带西太平洋暖池是引发强烈的大气对流、驱动Walker环流和Hadley环流系统的主要热源之一,对全球、尤其是东亚气候有重要影响。针对我国在提升气候预测水平方面的重大和迫切需求,国家重点基础研究发展计划项目"热带太平洋海洋环流与暖池的结构特征、变异机理和气候效应"于2011年7月正式立项。项目拟解决的关键科学问题包括:①调控暖池形成和变异的海洋环流多尺度相互作用过程;②海洋动力过程在暖池热盐结构变异中的作用及其机理;③暖池变异对不同类型El Nio影响机理的异同和对东亚季风变异的调制机理。围绕上述关键科学问题,项目将以暖池变异为中心,关注影响和控制暖池结构与变异的关键海洋过程,以及暖池海气相互作用影响ENSO循环、东亚季风年际变异的过程和机理,重点组织开展以下3个方面有针对性的调查研究:①热带太平洋环流和暖池的结构和变异特征;②热带太平洋环流与暖池相互作用的关键过程和机理;③暖池变异的海洋—大气耦合过程及其气候效应。在此基础上,项目将力争阐明暖池影响东亚季风和我国气候变异的过程、机理与敏感区,改进模式的混合参数化方案,提出有效提高ENSO预报技巧的同化方案,为我国短期气候预测能力的提高提供科学支撑。     

中国多金属结核开辟区沉积物中微量元素地球化学特征

分析了中国多金属结核开辟区沉积物中Ba、Ce、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Sr、V、Y和Zn等11个微量元素的含量。研究表明，开辟区沉积物中微量元素在不同沉积单元中的分布特征存在明显差异，反映了地质历史上沉积环境的不同。沉积物中的Zn、Ni和Mn具有共同来源，反映铁锰氧化物、氢氧化物对这些元素的吸附控制作用；Sr、Ba以及Ce和Y等元素在东区主要与岩源碎屑有关，而西区则主要来自生物碎屑；Cu具有多种来源，东区主要与生物组分和岩源碎屑有关，西区则主要与自生铁锰氧化物的吸附有关。而通常认为与有机物有关的Cr、V等元素在研究区内则主要来自岩源碎屑。     

西北太平洋深海底栖有孔虫DNA分子多样性与群落组成特点的初步研究

深海蕴藏着丰富的自然资源,是目前世界各国争相探索的战略要地。本工作以底栖有孔虫为研究对象,研究了它在西北太平洋深海（水深4080 m至5830 m）的DNA分子多样性和群落组成特点。我们共采集了11个站位的表层沉积物,提取了样品中的总基因组DNA,利用有孔虫特异性引物扩增了其中的有孔虫DNA,应用高通量测序技术对获得的有孔虫DNA片段测序。最终,共获得1536个操作分类单元（operational taxonomic units,简称OTUs）,有1330个OTUs成功注释到有孔虫,其中721个（约54%）有孔虫OTUs属于起源最早但研究较少的软壳类单房室有孔虫。有孔虫OTUs注释结果的Identity值的平均值为92.9%,Identity值大于或等于97%的OTUs仅占20.6%,Identity值小于95%的OTUs占63.1%,说明西北太平洋深海底栖有孔虫与目前检获到的有孔虫之间存在较明显的遗传差异性,该海区极可能蕴藏着大量至今未被发现的"新物种"甚至新的高级分类阶元。在我们获得的有孔虫属中,有1/ 3呈典型的斑块性分布,且站位间的有孔虫群落结构也存在明显差异。本工作是国内利用高通量测序技术对西北太平洋深海底栖有孔虫开展调查的首次尝试,旨在为探索有孔虫的全球地理分布模式、开发和利用深海资源等工作提供分子生态和分子遗传数据支持。

     

Geochemistry of dissolved rare earth elements in the Equatorial Pacific Ocean

Seawater samples were collected from four locations in the Equatorial Pacific Ocean during the MR02-K06 cruise of the R/V Mirai and analyzed for dissolved rare earth elements (REEs) using inductively coupled plasma mass spectrometry. According to variations of REE concentrations and Yb/La ratios, the results show that the river input of the Papua New Guinea islands may affect the compositions of REEs in the Equatorial Pacific surface water. The Yb/La values and the REE concentrations in the waters deeper than 3,000 m in the western South Pacific and the Equatorial Pacific Oceans, which represent the characteristics of Antarctic Bottom Water (AABW), demonstrate similar variation trend with depth. This result also indicates that the REEs which originated from the South Pacific Ocean have entered the North Pacific Ocean across the equator with AABW intrusion.     

西太平洋海山玄武岩的岩石学特征及与上覆富钴结壳的关系

通过对西太平洋海山玄武岩和玄武质火山角砾岩的岩石学特征及其气孔充填物成分变化的研究,讨论了海山玄武岩与上覆富钴结壳的关系。富钴结壳的基岩火山岩主要为碱性玄武岩和玄武质火山角砾岩。碱性玄武岩中气孔充填物为S型和C型,S型和C型气孔充填物不共存在同一个气孔中。S型气孔充填物的物质成分富Si、Fe、K、Mg、Al,Co含量一般为0.17%~0.46%,其成分与碱性玄武岩的组成类似,其物质来源可能与碱性玄武岩有关。C型气孔充填物为O、Ca、C及少量Si、Al、Mg、Fe、K等元素,C型气孔充填物可能与海水中物质的沉积有关。由Si、Al、Fe、Mg、K等元素变化曲线反映出的S型气孔充填物沉积过程与富钴结壳早期的沉积过程具有相似的趋势,说明富钴结壳早期沉积物的物质来源可能与碱性玄武岩有关,富钴结壳物质来源可能是碱性玄武岩和海水共同作用的结果。     

Noble Gas Isotopic Compositions of Cobalt-rich Ferromanganese Crusts from the Western Pacific Ocean and Their Geological Implications

1 Introduction Submarine metallic mineral resources consist mainly of polymetallic nodules and cobalt-rich ferromanganese crusts. Despite being discovered much later than the former, the latter are becoming one of the most important submarine polymetallic ore resources, because they containmany valuable metallic elements such as Co, platinum group elements (PGE), rare earth elements (REE), Ni and Cu, besides high contents of Fe and Mn (He et al., 2001). The Co-rich crusts are widely distr…