南海北部晚第四纪高分辨率元素比值反映的东亚季风演变

选取大洋钻探ODP 184航次在南海北部钻取的1144站(20°3.18'N,117°25.14'E;水深2037m)上部岩芯为研究材料.通过X荧光光谱(XRF)岩芯扫描仪获取晚第四纪100ka以来时间分辨率高达10年的元素记录,并与德国"太阳号"95航次在同一站位获得的17940-2柱状样(20°07.0'N,117...     

南海北部5万年来的表层海水盐度及东亚季风降水

为了探讨末次冰期以来南海北部区域降水变化对东亚夏季风强度变化的响应,利用南海北部191PC柱状样有孔虫壳体氧同位素和镁钙比值,重建了过去5万以来的表层海水温度和海水氧同位素变化。通过分析南海北部淡水收支的主要影响因素,认为夏季风降水是本研究站位海水盐度的主要影响因素,而海平面变化导致的冲淡效应变化并非主导因素。基于此前提,将剩余海水氧同位素作为区域降水变化的指标,结果表明,南海北部降水量与东亚季风强度在50~10kaB.P.间变化趋势较一致,10kaB.P.以来则呈相反的变化趋势。本文通过对比分析南海和西太平洋相关站位的古盐度变化、东亚陆地的干湿变化,结合数值模拟结果,认为50~10kaB.P.之间,北半球大陆冰盖对东亚夏季风的影响较强,东亚内陆和南海北部降水同时响应北半球高纬气温变化,表现出冷事件时降水少而暖事件时降水多的特点。而在10kaB.P.以来,南海北部和华南地区降水量与东亚季风强度变化趋势相反,表现出东亚-西北太平洋区域降水量分布的海陆差异特征。此现象与中全新世南北半球夏季辐射量不对称变化和海陆热容差异导致的温度、水汽重新分布有关。     

青藏高原东部和湄公河盆地晚第四纪风化剥蚀与东亚季风演化在南海中的记录

通过南海西南部湄公河口MD01—2393孔和MD97—2150孔的高分辨率粘土矿物和粒度分析,及铷、锶、钕同位素分析,揭示出青藏高原东部和湄公河盆地晚第四纪190ka以来的风化剥蚀和东亚季风演化历史。铷、锶、钕同位素研究证实这两个孔的陆源碎屑物质主要来源于湄公河流域的直接输入。蒙脱石／(伊利石 绿泥石)值和蒙脱石／高岭石值指示了化学风化历史,而陆源碎屑颗粒的粒径比值2．5～6．5μm／15～55μm则指示了湄公河沉积物的供给能力。相对高的比值发生在间冰期,表明强盛的夏季风降雨和减弱的冬季风环流;相对低的比值对应于冰期,表明强盛的冬季风和减弱的夏季风,揭示出东亚季风气候驱动的风化剥蚀演化历史。东亚季风演化的强弱与北半球夏季日射量基本呈线性关系,表明东亚季风演化的天文驱动机制。     

南海晚第四纪陆源沉积:粒度组成、动力控制及反映的东亚季风演化

对南海北部MD05-2904孔、西部MD05-2901孔、南部MD05-2897孔的有孔虫氧同位素进行测定,建立了高分辨率的年代地层。对3个孔的陆源碎屑组分的粒度分布进行了测定和主成分因子分析,结果发现,南海北部陆坡（南部陆坡）的陆源碎屑沉积特征主要受单一的因子Fn（Fs）控制,它可以控制62%（59%）的粒度变化特征。与Fn密切相关的粒度组分为1.52～2.92μm和11.8～27.4μm,与Fs相关的粒度组分为<2.42μm和6.76～14.30μm。南海西部陆坡获得两个主控因子Fw1和Fw2,分别控制46%和32%的粒度变化特征,与Fw1相关的粒度组分为1.26～2.66μm和10.8～14.3μm,与Fw2相关的粒度组分为4.24～7.42μm和30.1～43.7μm。对敏感粒级的变化序列进行分析发现,北部的Fn与海平面升降作用紧密相关,呈现冰期/间冰期旋回尺度的周期性。而南部的Fs呈现高频的岁差周期波动,可能与夏季风演化引起的源区风化、河流搬运等的变化有关。南海西部的陆源沉积物主要来自南海的西南和北部两个地区,分别由东亚夏季风和冬季风驱动的洋流搬运,Fw1和Fw2恰恰代表了这两种动力控制。因此,Fw1和Fw2控制的粒度组成变化间接指示了东亚夏季风和冬季风的演化。研究认为,晚第四纪以来东亚夏季风受控于低纬区的夏季日射量的变化,呈现典型的岁差周期性,而冬季风主要受高纬冰盖变化驱动,呈冰期/间冰期旋回尺度的波动,这反映了东亚季风演化的双重驱动机制。     

赤道西太平洋晚第四纪古生产力变化:ODP 807A孔的记录

通过研究翁通-爪哇海台ODP807A孔顶部岩心微体古生物和有孔虫同位素的变化, 探讨冰期旋回中赤道西太平洋晚第四纪古生产力的变化.多种古生产力替代指标揭示出赤道西太平洋古生产力自深海氧同位素13期以来总体呈升高趋势, 具有冰期高、间冰期低的特征.温跃层替代指标显示该海域温跃层变化不具有简单的冰期-间冰期变化模式, 而是分为2个阶段: 280ka以前温跃层平均深度较浅, 呈现高幅低频波动; 280ka以后温跃层平均深度变深, 呈现低幅高频波动.古生产力和温跃层变化模式的明显差异说明温跃层变化不是赤道西太平洋表层生产力波动的主要原因.807A孔古生产力变化与西北太平洋风尘通量变化基本一致, 所以提出来自亚洲中东部的风尘对于提高赤道西太平洋生物生产力可能具有重要意义.      

南海沉积物中的黏土矿物:指示东亚季风演化历史?

黏土矿物以其示踪洋流变化和揭示物源区同时期气候变化的能力,近年来在南海沉积古环境研究中的地位日益显现。但是,南海黏土矿物能否用于直接指示东亚季风演化历史的研究仍然颇为争议。本研究认为,南海黏土矿物主要受控于物源区供给和洋流搬运作用,黏土矿物本身不具同时期气候条件特征。以南海北部为例,珠江、台湾和吕宋岛这三个主要物源区无论是冰期还是间冰期都提供相同的黏土矿物组合,这些黏土矿物在输入到南海后分别受到不同洋流的搬运。因此,南海晚第四纪黏土矿物组合用于指示东亚季风演化历史的应用是通过洋流的搬运作用来实现的,在不同海区的应用效果不同。     

南海第四纪古海洋学研究进展

南海第四纪古海洋学研究,在近5年来取得迅速发展。从1994年的中德合作太阳号SO-95航次到1999年的ODP184航次,南海已经成为国际古海洋学研究的新热点。在地层学方面,南沙海区首次建起中国海第一个更新世深海地层序列,使用了包括4类微体化石的生物地层学、磁性地层学、同位素地层学和碳酸盐地层学的依据;至于最近4万年来的记录,东沙附近站位的时间分辨率精度已超过20a.文章还综述了海水表层温度等古海洋学参数测定,深海沉积中古气候,特别是古季风演变记录,以及深海沉积作用和突变事件等方面的研究进展。     

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。     

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。     

越南岸外晚第四纪上升流与东亚夏季风变迁

通过对南海西部越南岸外17954-3柱状样中浮游和底栖有孔虫的定量分析,结合碳酸钙、有机碳和稳定同位素数据,获得南海西部上升流区近20万年来的古海洋学记录,进而讨论了晚第四纪东亚夏季风的变迁。结果表明,在间冰期,尤其是末次间冰期,越南岸外出现表层海水古温度低、温跃层浅、生产力高,同时底层海水富营养的现象,说明上升流的存在,且该上升流有从氧同位素5期（MIS5期）向1期逐渐减弱的趋势。结合南海现代海流及生产力分布的研究,推断该上升流由东亚夏季风驱动,其强弱的变化说明,东亚夏季风在近20万年来有间冰期增强、冰期减弱,且从MIS5期向MIS1期递减的特征。     

南海北部上新世晚期东亚冬季风增强的同位素和有孔虫证据

对南海北部大洋钻探ODP1 1 48站进行稳定同位素和有孔虫分析 ,采用多种替代性指标 ,追溯上新世晚期以来东亚冬季风的演变。发现约 3 1～ 2 2MaB .P .之间 ,浮游有孔虫Globigerinoidesruber的δ13C值显著降低 ,而Neogloboquadrinadutertrei的相对丰度明显增大 ,指示冬季风急剧增强 ,并伴随表层海水温度的降低和古生产力的增高。此后 ,冬季风还有几次明显的增强 ,特别是在约 1 7MaB .P .,1 .3MaB .P .,0 .9MaB .P .,0 .6MaB .P .和0 2MaB .P .。     

南海北部陆坡沉积记录的全新世早期夏季风极强事件

在AMS14C精确定年的基础上,通过南海北部MD05-2905站高分辨率的氧同位素、粒度、元素分析,其结果显示所有指标均在11.2～8.5kaB.P.期间发生异常,根据夏季风指标认为这是夏季风极强事件。将本站位相同纬度（20°N）的夏季平均日辐射量与季风指标进行对比,发现全新世早期（11.2～8.5kaB.P.）东亚夏季风极强事件对应着夏季太阳辐射量最大值和热带辐合带（ITCZ）的位置向北移动,说明全新世早期夏季风突然增强可能是在岁差周期控制下,较高的太阳辐射量驱动了热带辐合带（ITCZ）及其有关的雨场向北移动,在南海北部产生了大量的降水,导致氧同位素偏负、碳酸盐的含量较低以及线性沉积速率较高。这与前人对相邻地区湖光岩玛珥湖的孢粉研究、江西南岭地区泥炭的记录以及中国南方石笋记录的研究结果相吻合。该季风最强事件与阿拉伯海发现的早全新世季风最强事件以及根据格陵兰冰芯记录的早全新世甲烷最大值推测低纬地区湿地扩张相一致,这反映了南海北部全新世早期与全球低纬地区早全新世气候变化格局一致。     

EXPLORING THE ASIAN MONSOON THROUGH DRILLING IN THE SOUTH CHINA SEA

EXPLORING THE ASIAN MONSOON THROUGH DRILLING IN THE SOUTH CHINA SEA     

南海南部晚第四纪表层海水温度的变化及其与极地冰芯古气候记录的比较

本次研究选取南海南部"太阳号"95航次17961-2柱状样(8°30.4′N,112°19.9′E,水深1795m,柱长10.3m)的175块样品进行浮游(Globigerinoides ruber)和底栖有孔虫(Cibicidoides wuellerstorfi)的氧碳稳定同位素及浮游有孔虫G.ruber壳体的Mg/Ca比值测定,再造了距今约140ka以来时间分辨率约800年的表层海水温度(SST)变化,揭示末次冰期南海南部的SST曾降温达约5℃,且存在类似Dansgaard-Oeschger(D/O)事件的千年尺度波动。将南海南部的研究结果与极地冰芯古气候记录进行对比,发现在千年时间尺度上南海南部SST的变化特征与南极冰芯的古气候变化相一致,而与格陵兰冰芯δ18O所展示的锯齿状形态D/O事件的变化不一样,且最近的两个末次冰消期南海南部SST与代表高纬冰盖体积大小的底栖有孔虫δ18O几乎同步变化,反映南海南部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。     

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。

     

南海北部沉积物常量元素变化、碳酸盐旋回及其古环境意义

通过对南海北部ODP1145站沉积物的常量元素和碳酸盐分析,探讨了早更新世南海北部沉积物常量元素和碳酸盐含量变化特征及其古环境意义.结果表明,南海北部沉积物中主量元素CaO、Fe2O3、K2O、Na2O、MnO和P2O5受碳酸盐含量影响相对较小,而SiO2、MgO、Al2O3和TiO2受到碳酸盐含量影响相对较大.碳酸盐校正后的常量元素变化可以划分为3种类型,即PC1、PC2和PC3,它们的主要特点有:PC1元素组合包括了SiO2、CaO、Na2O、P2O5、Fe2O3和K2O,主要反映了与季风强度有关的生源物质产率变化,指示了距今2.5~1.5Ma时段生产力的逐渐降低; PC2元素组合(Al2O3、TiO2)代表了陆源物质的输入,指示了在约2Ma开始陆源物质输入的明显增加; PC3元素组合(MgO、MnO)可能与海洋自生作用有关,反映了海底氧化/还原环境的相对变化.早更新世南海北部CaCO3含量呈阶段性降低,一方面受陆源物质稀释作用的影响,另一方面可能更与生物生产力逐渐降低有关.主量元素组合及碳酸盐含量在约2Ma和1.7Ma左右均发生显著变化,可能指示了早更新世时期东亚冬季风的两次增强.