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.      

白令海表层沉积物中硅质生物的变化及其环境控制因素

中国首次北极科学考察在白令海采取了12个表层沉积物样品, 其中对硅质生物和陆源碎屑的详细研究发现, 它们主要由硅藻、放射虫和海绵骨针组成.其中, 硅藻在样品中的丰度均占绝对优势, 高出放射虫和海绵骨针一个数量级.它们与环境控制因素关系的分析表明, 硅藻、放射虫和海绵骨针丰度的高低及其保存程度与深度、温度、盐度和受大规模季节性气候变化控制的表层海水的高营养和高生产力, 以及陆源物质输入的变化密切相关.这一研究结果对白令海第四纪的古气候与古海洋学研究具有十分重要的意义.      

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.      

热带西太平洋沉积物的环境磁学特征对东亚冬季风的响应

西太平洋暖池(Western Pacific Warm Pool,WPWP)指位于热带太平洋中、西部(包括南海南部和苏禄海)年平均水温超过 28 ℃的广大海域。由于巨厚的表层暖水覆盖,西太平洋暖池成为全球热量和水汽交互的重要源区,对驱动温盐环流、调节全球气候变化具有重要作用。东亚冬季风(EAWM)是全球气候系统中最活跃的组成部分之一,它可能会通过寒潮侵入热带地区,引起深层对流,以此加强暖池区的对流活动和降水异常,从而影响赤道地区的潜热释放。但地质历史时期西太平洋暖池与东亚冬季风的相互作用关系尚不明确。由于东亚冬季风携带的风尘中往往包含有大颗粒的高矫顽力磁性矿物,我们可以通过沉积物中磁性矿物的组合、含量、颗粒大小和形态变化,分析不同时间尺度上气候环境变化和风尘物质的输入情况,进而反演东亚冬季风的强度变化。本文对取自热带西太平洋B10钻孔的岩心样品进行了环境磁学测试,以揭示地质历史时期西太平洋暖池沉积物环境磁学特征对东亚冬季风的响应。实验结果表明,沉积物中的主要载磁矿物为低矫顽力的磁铁矿,属于亚铁磁性矿物,并含有少量高矫顽力磁性矿物。沉积物中的磁性颗粒以准单畴(PSD)颗粒为主。高矫顽力的磁性矿物含量和细颗粒磁铁矿相对含量在冰期和间冰期呈现出显著相对变化,对东亚冬季风的变化有敏感响应:冰期沉积物中高矫顽力矿物含量增多,磁性颗粒粒径变大;间冰期沉积物中高矫顽力矿物含量降低,磁性颗粒粒径变细。在干燥、寒冷的冰期,由风尘携带而来的高矫顽力磁性矿物相对含量增加,沉积物中的磁性颗粒粒径变大,反映冰期东亚冬季风强度增大;在气候温暖湿润的间冰期,风尘的输入量较小,由风尘携带的高矫顽力磁性矿物含量相对较低,沉积物中的磁性颗粒粒径变小,反映间冰期东亚冬季风的强度减弱。     

赤道太平洋次表层海水温度异常的信号通道

应用热带太平洋上层XBT温度资料,分析探讨了西太平洋暖池区次表层海温冷暖异常信号的变化规律,揭示了影响西太平洋暖池区次表层海温冷变异常的信号通道。分析表明,西太平洋暖池区的次表层海温异常变冷与太平洋北赤道流的海温冷异常信号西传有重要关系。北赤道流的海温异常冷(暖)信号是沿温跃层由赤道中东太平洋潜沉向西太平洋暖池区传播,与西太平洋次表层海温异常(冷)暖信号向赤道中东太平洋传播构成了热带海洋信号的气旋式"环流通道"。在这一"环流通道"中,北赤道流的海温异常信号西传是导致西太平洋暖池区及西太平洋次表层海温异常的重要机制,是影响厄尔尼诺(ElNino)和拉尼娜(LaNina)事件发生的关键。     

黄海晚更新世以来的硅藻组合及其沉积环境

黄海更新世晚期以来的硅藻化石,自下而上可划分为五个硅藻带。在Ⅰ带的上下层位,各含一个淡水藻类化石带,显示黄海在大理冰期时,由于气候变冷,海面下降,黄海陆架三次出露成陆。亚间冰期时,气候转暖,海面回升,复为海水淹没,海域中生长着Ⅰ带的各种海生硅藻。随着全新世气候转暖,沉积物中发现Ⅱ-Ⅴ带海生硅藻带,其中Ⅲ带硅藻外洋种比例较大,含亚热带暖海种多,表明此时水温较大,海域扩大,相当于大西洋期,其他各带与全新世各期相当。     

硅藻生物多样性对千年尺度气候突变的快速响应:以云南云龙天池湖泊末次冰消期记录为例

湖泊是全球生态系统的重要组成部分。尽管湖泊初级生产力的生物多样性在湖泊生态系统中发挥着非常重要的作用,但对其如何在千年时间尺度上对气候变化做出响应却知之甚少,而千年时间尺度与预测未来变化最为相关。本文以云南云龙天池湖泊为研究对象,以湖泊重要的初级生产力硅藻为研究手段,分析了末次冰消期期间硅藻生物多样性对千年尺度上气候变化的响应。云龙天池硅藻生物多样性表现为暖期高、冷期低。随着全球温度的快速变化,硅藻生物多样性亦对应的快速响应:在转暖时(Bolling/Allerod暖期)快速增加,在转冷时(Herinrich 1和Younger Dryas)快速降低。这些变化主要与温度变化驱动的湖泊环境条件的变化(比如冰封期长短、边岸带水生植被的变化等)有关。研究结果还表明,在末次冰消期期间,云龙天池湖泊硅藻生物多样性与千年尺度的气候变化同步,而且在长时间尺度上,气候变暖对高山湖泊生物多样性可能是有利的。     

西菲律宾海硅藻席沉积中的多囊虫类放射虫记录及其环境意义

为了多角度理解海洋纹层沉积物的形成过程,利用在西菲律宾海采集到的含纹层硅藻席的XT47孔岩心样品,进行多囊虫类放射虫的组合变化与环境意义分析.研究表明XT47孔岩心上段260 cm厚硅藻席沉积中含有丰富的放射虫、丰度高于2×104个/克;中段260~460 cm出现5次放射虫丰度高峰与红粘土的交替旋回沉积;下段460~630 cm红粘土沉积层中放射虫稀少.依据放射虫地层种的初现生物事件,470 cm以深的年龄大于0.34 Ma,表明西菲律宾海硅藻质沉积形成于中更新世以来.此外,受暖水影响控制的Tetrapyle group和Didymocyrtis tetrathalamus tetrathalamus相对丰度在末次冰盛期（LGM）呈现显著的低值期,推测在LGM期西菲律宾海北赤道暖流的影响强度是变弱的.值得注意的是,多囊虫类放射虫的丰度与生物硅含量的变化趋势出现明显的不同步现象,推测4次生物硅含量高峰是由大型硅藻（盘筛藻）的急剧增加导致的,即西菲律宾海LGM期盘筛藻的勃发呈现明显的阶段性强弱变化;进一步发现盘筛藻的4次勃发强盛期对应着胶体虫相对丰度变化的低谷期和中深层冷水种相对丰度变化的高峰期,前者指示上层水体成层化减弱、后者指示中深层水体中营养物增多.据此,认为西菲律宾海LGM期盘筛藻勃发的4次强盛期是由于上层水体成层化减弱、下层水体中丰富的营养物上涌引起.研究结果可为菲律宾海盘筛藻勃发在LGM长时间持续并最终在海底形成厚达近3 m的硅藻席沉积提供了一种可能的解释.      

问与答

问什么是厄尔尼诺现象? 答厄尔尼诺现象是指在圣诞节前后,出现在赤道东太平洋秘鲁、厄瓜多尔沿岸的冷水区域水温反常升高(比正常高出3～6℃),导致海洋浮游生物、鱼群、鸟类大量死亡的一种异常现象。这种冷水区域的反常升温,也将对气候带来严重影响。正常年份南美赤道太平洋沿岸国家降水较少,而西太平洋的印度     

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.      

《沉积地球化学应用讲座》(九) 第九讲 沉积作用过程中稀土元素的地球化学(2)

六、海洋沉积物中的REE 现代海洋沉积物中的生物组分和自生成因组分直接来自海水。这些组分中REE的分配情况可以说明海水和沉积物相互作用过程中REE的分馏作用。 (一)REE在海洋生物相中的分布海洋生物相主要是指海洋浮游生物的碳酸盐介壳、大陆架沉积物中产出的贝壳遗骸、大洋热带水域生长的珊瑚礁、具硅质骨架深水硅藻、放射虫以及磷酸盐质鱼骨等。 Spim(1965)测量了大西洋中不同品种的有孔虫中的REE,发现它们的REE配分型式与     

东太平洋洋底沉积物的物质组成与物理化学特征

作者通过研究,发现东太平洋洋底沉积物主要是由<0.063mm的伊利石、蒙脱石加混层矿物、高岭石、绿泥石粘土矿物和放射虫、硅藻等组成。具有碱性、比表面积大,离子交换容量大的特点。该成果无异为东太平洋多金属结核分布区的大洋地质学的研究,提供了可贵的环境地质资料。     

上新世末～更新世初西太平洋变冷事件及其古气候意义

依据深海沉积中浮游有孔虫化石群落，采用时间面与时间系列分析及目标转换函数方法，再造西太平洋近2.6Ma以来表层水温历史。结果表明，上新世末～更新世初，西太平洋曾经历一大幅度、不可逆性质的温降。变冷事件集中发生于2.4～1.0MaB.P.间，主要体现在亚热带水团，冬、夏降温幅度达7～8℃和2-3℃，热带水团相对稳定。西太平洋温度场巨变表明其在北半球冰川发展过程中的正、负反馈作用，并由此奠定了中、晚更新世冰期旋回的全球气候模式。     

中太平洋西部海底沉积物中的宇宙尘研究

一、导言 1978—1979年,我国海洋科学考察船在执行联合国组织的首次全球大气试验(FGGE)过程中,在西太平洋赤道海域进行了海底沉积物的表层取样与柱状取样。后来,我们在对取回的样品进行矿物学研究时,从中发现了一些微小球粒,通过各种研究确认它们为宇宙尘。     

上新世末～更新世初西太平洋变冷事件及其古气候意义

依据深海沉积中浮游有孔虫化石群落，采用时间面与时间系列分析及目标转换函数方法，再造西太平洋近２．６Ｍａ以来表层水温历史。结果表明，上新世末～更新世初，西太平洋曾经历一大幅度、不可逆性质的温降。变冷事件集中发生于２．４～１．０ＭａＢ．Ｐ．间，主要体现在亚热带水团，冬、夏降温幅度达７～８℃和２—３℃，热带水团相对稳定。西太平洋温度场巨变表明其在北半球冰川发展过程中的正、负反馈作用，并由此奠定了中、晚更新世冰期旋回的全球气候模式。     

250kaB.P.以来西太平洋暖池中心区——Ontong Java海台古生产力演化

多年平均表层水温超过28℃的"西太平洋暖池",是全球海平面高度的加热中心和大气三大环流的辐散中心。为评价西太平洋暖池中心区域海洋生物泵的演化特征、规律与机制,本文以位于热带西太平洋暖池核心区——Ontong Java海台的WP7柱状样为材料,通过提取浮游有孔虫^δ13C组成、底栖有孔虫群落和钙质超微化石下透光带属种Florisphaera profunda相对百分含量变化等指标,反演该区250kaB.P.以来的古生产力的演化历史。研究结果表明,250kaB.P.以来西太平洋暖池中心区的古生产力演化与地球轨道变化控制的冰期-间冰期旋回以及岁差控制的太阳辐照率密切相关。在冰期-间冰期尺度上,西太平洋暖池中心区距今250ka以来的生产力变化间冰期明显低于冰期,而且在间冰期阶段生产力相对稳定,冰期波动幅度较大。在冰期或间冰期背景下显著的岁差周期是该区古生产力演化的又一重要特征。而且在岁差波段生物生产力的变化可能领先极地冰体积变化2～4ka左右。热带东西太平洋的古生产力演化在冰期-间冰期变化和岁差尺度上存在ENSO式的变动机制,而且二者互相调谐,产生了似30ka和19ka周期,并出现了"半30ka周期"和半岁差周期。此外,WP7孔Neogloboqudrina dutertrei的^δ13C显示在MIS 1/2,MIS 3/4和MIS 5e/6的冰期向间冰期的过渡期的冰消期阶段存在变轻事件,可能与数千年尺度的大洋环流演化有关。     

日本海Sado岛Nakayama组(中中新统到上新统)的沉积韵律

新第三纪沉积物连续分布在位于日本海东南部Sado岛Oosado山脉的两侧,以中中新统到上新统,Nakayama组由具纹理的、生物扰动的和块状的硅藻泥岩组成。纹理由白色层和黑色层组成并间夹0.02～1mm厚的灰色层。白色纹层主要由硅藻壳组成,而黑色纹层则由如硅藻、海绵骨针、硅鞭藻、放射虫、碎屑颗粒和有机质的混合物组成。生物扰动泥岩中具有Thalassionoides,Planolites,Zoophcos,Chondrites遗迹化石(生物钻孔)。     

广东曲江-仁化地区早二叠世“当冲层”的放射虫岩

放射虫岩是指主要由放射虫壳体堆积的一种“化学-生物化学岩”。放射虫吸收海水中的硅质组成以含水的SiO₂为成分的壳体。在放射虫岩中,常常还有海绵骨针和硅藻等生物遗迹。卡洛瑞（Carozzi,A.V.1960）把已发现的放射虫岩分为四种:砂质放射虫岩、钙质放射虫岩、铁质放射虫岩（红放射虫岩）和炭质放射虫岩（黑放射虫岩）。实际上放射虫岩主要是硅质为主。广东曲江-仁化地区早二叠世“当冲层”的放射虫岩是一种硅质放射虫岩,本文试就其成因、古地理环境的变迁及与成矿和古构造活动的联系作一初步探讨。     

全球海洋硅循环及研究中面临的主要挑战

海洋硅循环是海洋生物地球化学循环的关键过程之一,对调控全球二氧化碳浓度、海洋酸碱度和多种元素(氮、磷、铁、铝等)的循环具有重要作用。在当今气候变化和人类活动影响日益增强的背景下,硅循环与“生物泵”及碳循环的紧密联系,是其成为地球科学领域研究热点的主要原因。海洋中硅的外部来源主要为河流、地下水、大气沉降、海底玄武岩风化作用和海底热液输送5个途径,在全球气温变暖趋势的影响下,极地冰川融化成为高纬度海域不可忽视的硅源。生物硅在沉积物中的埋藏、硅质海绵和生物硅的反风化作用是重要的海洋硅移除过程。海洋硅循环过程复杂,受生物(生物吸收、降解)、物理(吸附、溶解)和化学(矿化分解和反风化作用)多重因素的影响,针对海洋硅循环关键过程的研究有助于综合评估海洋硅的“源-汇”和收支。本文总结了海洋硅循环的主要过程及海洋硅的收支,根据国际和国内研究现状讨论了当前海洋硅循环研究中面临的主要问题和挑战。现有研究成果显示,海洋硅的外源输入和输出通量比以往的评估分别增加了2.4和2.2倍。在短时间尺度内(<8 ka),全球海洋中硅的收支大致平衡,海洋硅循环基本处于稳定状态。气候变化和人类活动导致河流输送至陆架边缘海的硅通量发生变化,可能影响硅藻等海洋浮游植物种群结构,是未来海洋硅循环研究需要关注的问题之一。陆架边缘海较高沉积速率和强烈的反风化作用提高了该区域生物硅的埋藏效率,准确评估该区域生物硅的埋藏通量仍是亟须解决的难题。目前的研究评估了全球海洋浮游硅藻、硅质海绵以及放射虫生产力,而海洋底栖硅藻生产力的贡献受到忽视,未来需要关注底栖硅藻对生物硅的贡献及其在海洋硅的生物地球化学过程中的作用。     

南沙海区盛冰期的气候问题

南沙海区属于西太平洋暖池区，其盛冰期的表层水温变化涉及暖池在冰期旋回中的稳定性，因而具有全球性意义、本文根据十几个沉积柱状样的氧同位素与微体古生物分析结果，指出南沙海区盛冰期时夏季温度与全新世差别微小，而冬季水温强烈降低，使季节性温差高达６℃，明显超过同纬度的西太平洋开放水域。推测冰期时的冬季风强化，是造成这些变化的主要原因，同时也为热带海区冰期海面温度高、岛屿山地温度低的矛盾提出了一种新的可能解释。