日本海西南陆坡全新世对马暖流演化的沉积学和地球化学记录

对日本海西南陆坡对马暖流主流轴下方高沉积速率沉积物柱状样,进行了沉积学和地球化学系统研究,以探讨全新世以来对马暖流在研究区的形成与演化,并得出了与附近地区古海洋学方法非常相近的结果,从而为今后研究区的对马暖流演化研究提供了沉积学和地球化学指标。据此,该柱状样中所记录的对马暖流演化可划分为5个主要阶段。全新世初期(9.6 kaBP),对马暖流开始进入日本海,其强度较弱,同时,伴随着富营养东海沿岸水的影响,海底环境由还原性向氧化性转变;6.5 kaBP时,对马暖流控制下的日本海南部现代对流模式最终建立起来,东海沿岸水的影响基本消失,随后,对马暖流明显减弱;3.0 kaBP时,对马暖流再次增强并基本达到现在水平,且在随后的3 ka里保持总体稳定,期间在2.0~0.7 kaBP存在一次较弱的减弱过程。     

早全新世白令海北部陆坡沉积环境快速变化

理解增暖背景下海洋环境的演化过程是海洋学和气候学一项重要的研究内容。在地质时期,地球经历了多次增暖时段（包括早全新世）,这为认识海洋环境演化过程提供了重要参考。早全新世全球气候经历了快速增暖,并伴随着冰原融化和海平面快速上升,对包括白令海在内的高纬边缘海的沉积过程和海洋环境产生显著影响。白令海发育宽阔的大陆架,毗邻北美大陆,接受来自育空河、阿纳德尔河和库斯科维姆河物质的供给。目前我们对白令海如何响应早全新世气候的认识还存在明显不足。本研究对位于白令海北部陆坡LV63-19-3岩心沉积物中陆源碎屑组份进行了高分辨率调查,结合沉积年龄模型,研究了早中全新世（距今11.7～5.5 ka）白令海北部陆坡陆源沉积演化过程。研究结果显示,在距今11.5～11 ka,白令海北部陆坡沉积速率高达392.9 cm/ka,在距今约9.7 ka以后降至17.2 cm/ka。在距今11～10.7 ka,发现一层厚约40 cm的暗色纹层状沉积层。在高沉积速率时段,沉积物平均粒径较细,距今9 ka以来平均粒径逐渐增大。主微量元素分析结果表明,陆源碎屑沉积物母岩性质以长英质沉积物为主,并存在少量火山碎屑源贡献。白令海北部陆坡高沉积速率事件对应于冰原融水脉冲（MWP）-1B事件（距今11.4～11.1 ka）,并导致白令海陆坡硅质生产力勃发。在距今11～10.7 ka研究区春夏季海冰覆盖增加抑制表层水体氧供给,夏、秋季持续冰川融水和高表层生产力进一步加剧了水体层化和海洋内部消耗,共同促进了纹层状沉积层的形成。距今9 ka以来白令海季节性海冰活动增强,但是陆源碎屑物质质量累积速率则逐渐减小,表明随着海平面上升,供给到研究区的陆源物质减少。我们认为早全新世白令海北部陆坡沉积环境快速变化是海平面、冰融水脉冲事件和季节性海冰活动共同作用的结果,实际上受高纬日射量、北美大陆冰原融化和全球气候变化控制。     

海平面下降对日本海表层环流的影响

本文基于POM海洋模式,通过改变地形条件进行了不同海平面下的数值实验,探讨了日本海表层环流场对海平面变化的响应。研究表明：随着海平面的下降,日本海南部的对马暖流及其分支逐渐减弱,海平面降低至-90 m和-100 m时,对马暖流的东朝鲜暖流分支和日本近岸分支几乎消失;而日本海北部的寒流强度基本保持不变,仅寒流主轴位置逐渐向北移动。且海平面的下降使对马海峡流量逐渐减小,进而导致对马暖流的强度逐渐减弱,影响范围也不断缩小。研究结果对过去古海洋海平面变化过程中日本海表层环流的改变问题具有一定的参考和依据。     

48 ka以来日本海Ulleung海盆南部的海洋沉积环境演化

晚第四纪以来伴随底层水含氧量的剧烈变化,浅色和深色沉积层的交替出现是日本海半远洋沉积物的主要特征。沉积特征分析表明,日本海Ulleung海盆南部KCES1孔的沉积物具有四种不同的沉积构造:均质、纹层、纹层状和混杂构造。深色沉积层一般具有纹层和纹层状构造,并且与我国内陆的千年尺度东亚夏季风强弱变化记录有很好的对应关系,表明纹层沉积物也具有千年尺度的变化规律,从而进一步说明了冰川性海平面变化和东亚夏季风波动应该是Ulleung海盆南部底层水溶解氧含量变化的主要原因。在暖期,在东亚夏季风降水相对增强的影响下,低温、低盐的东海沿岸水对日本海表层水体的贡献要大于对马暖流的贡献,日本海水体间的交换减弱,最终造成缺氧的海底沉积环境。在冷期,夏季风强度的减弱(冬季风增强)加快了日本海西北部深层水的生成,Ulleung海盆南部的底层水含氧量高,相应地沉积了具均质构造的浅色沉积物;在末次盛冰期最低海平面时,日本海成为一个封闭的海盆,降雨量高于蒸发量,水体出现分层,底层水处于停滞缺氧状态。自距今17.5 ka(日历年,下同)以来底层水含氧量较高,对马暖流逐渐成为影响日本海海洋沉积环境的主要因素。Ulleung海盆南部底层水的含氧量在YD期间有一定程度的降低,东海沿岸水的短暂强盛制约了深层水的流通。自距今10.5 ka以来对马暖流强盛,日本海海底处于富氧的沉积环境。     

全新世以来渤海湾沉积物的粒度特征

渤海湾泥质区M9-2与M9-4站柱状沉积物的粒度分析结果表明,沉积物粒度组成在垂直分布上有较明显的变化规律,早全新世期间部分站位(如M9-2)沉积物较粗,另一部分站位(如M9-4)沉积物则较细,与现代黄河物质粒度近似;中全新世的沉积物粒度组成变化较大,但呈减小的趋势,向类似于黄河物质粒度特征发展,说明黄河物质对渤海湾影响作用的加强;到了晚全新世,黄河物质对渤海湾的影响则明显占据着主导地位,故沉积物粒度特征与现代黄河物质类似。上述的渤海湾沉积物粒度特征不仅反映出水动力条件的变化(与海平面变化相联系),更说明了研究区物质来源的变化,尤其是明显反映出黄河物质对渤海湾阶段性的影响。     

东海对马暖流水来源的数值模拟

本文通过二维数值模拟对1986年6月～1988年12月东海对马暖流水的来源问题进行了初步探讨,结果得出东海对马暖流水的来源基本上分为三种类型:(1)东海对马暖流水主要为东海黑潮水继续北上部分构成;(2)东海对马暖流水由东海黑潮水、东海陆架水以及东海北部黄海大陆沿岸水几部分混合而成;(3)东海对马暖流水几乎全部由东海北部的黄海大陆沿岸水构成。模拟与实测结果基本一致.     

夏、冬季对马暖流（表层）来源的数值模拟

本文利用黄海南部、东海及台湾以东海域表层流分布图提供的资料作为边界条件，对区域１１９°～１３２°Ｅ，２１°～４１°Ｎ做数值模拟．模拟出的流场各流系与实测的基本吻合。所得主要结论为：（１）在３０°～３３°Ｎ，１２５°～１２８°Ｅ这一区域流速小，流向不稳定，它的西、南部分别有流入，东、北部有流出的这一特点与孙湘平所提出的“海水集散”区概念一致、（２）对马暖流不能简单地视为黑潮的分支，应该认为“海水集散区”是它的发源地，此“海水集散区“的水来源是多方面的。     

对马暖流“东海段”的流路与流速

本文全面地分析了此段海流的流路与流速结构，首次提出研究海域近底层的环流示意图。指出在夏季，韩国南岸和日本九州北岸均存在着一支南下的逆流。九州西岸出现两种或多种形式的流路。对马暖流在源地流速很弱，流向不稳定，流路时隐时显不明显，只有离开源地后才逐渐显示出一支海流轮廓；强流区在朝鲜海峡附近。该海流可明显地划分为三段流速夏强冬弱，夏季度幅宽约８０ｋｍ．     

夏,冬季对马暖流（表层）来源的数值模拟

本文利用黄海南部、东海及台湾以东海域表层流分布图提供的资料作为边界条件，对区域１１９°～１３２°Ｅ，２１°～４１°做数值模拟，模拟出的流场各流系与实测的基本吻合。所得主要结论为：（１）在３０°～３３°Ｎ，１２５°～１２８°Ｅ这一区域流速小，流向不稳定，它的西、南部分别有流入，东、北部有流出的这一特点与孙湘平所提出的“海水集散”区概念一致。（２）对马暖流不能简单地视为黑潮的分支，应该认为“海水集散区     

东海沉积物中全新世中晚期气候变化的孢粉学证据

对东海DGKS9617钻孔进行孢粉分析，恢复了该区全新世中晚期的气候变化历程。分为6个气候期和11个亚期。分别与孢粉组合相对应为：I－暖热湿润期：Ⅱ暖热干燥期，平均温度约比现今高2－3℃；Ⅲ－温凉湿润期，分三个亚期，即Ⅲa－偏温干亚期，Ⅲb－偏暖湿亚期，Ⅲc－偏温干亚期；Ⅳ－冷干期，三个亚期为Ⅳa－偏冷干亚期，年均温度较今约低1－2℃，Ⅳb－偏温湿亚期，Ⅳc－偏温干亚期；Ⅴ－冷湿期：Ⅵ－温暖干燥为主，分为5相对偏冷或偏暖亚期。     

全新世以来胶州湾中部沉积物矿物变化特征与沉积环境

为了探索全新世以来青岛胶州湾中部沉积物中的矿物变化特征及对地质环境的评价,2004年6月在胶州湾中部进行了1个钻孔的连续取样,通过室内显微镜下对轻重矿物进行全样鉴定,根据各矿物组分在整个钻孔的分布特征及组合类型的不同,对全新世以来的沉积环境进行了讨论。     

菲律宾海北部四国海盆全新世沉积物源分析

对IODP333航次四国海盆北部地区C0011站位表层样品进行粒度和Sr-Nd同位素分析,并与前人发表的邻近海域同位素数据进行比较。经分离自生碳酸盐组分,四国海盆全新世沉积物呈现较好的陆源、火山源二端元组分特征。从地理位置看,四国海盆北部主要物质来源包括伊豆-小笠原海脊火山物质、日本列岛西南部的混合型沉积物以及由西向风或河流入海洋流输送而来的亚洲陆地沉积物,且日本列岛西南部对于该区域物质贡献最大。对四国海盆北部而言,与海盆中部沉积及日本海沉积相比,源自亚洲大陆的碎屑沉积物具有更多的贡献。沉积物中87Sr/86Sr与εNd、平均粒径的负相关关系反映了沉积物中陆源物质的相对贡献按时间顺序呈现增加、减小、增加、减少的多周期变化趋势。     

数值实验论证台湾暖流和对马暖流的关系

台湾暖流和对马暖流均为沿中国东部海域大陆架的北向流。有学者认为存在"台湾-对马暖流流系"。现有的研究均未涉及台湾暖流和对马暖流在该系统中各自的动力作用。本文作者发现在该系统中对马暖流扮演更为重要的角色。借助一个三维斜压模式,作者设计了几组数值实验来讨论台湾暖流和对马暖流之间的动力学机制。结果显示台湾暖流对对马暖流几乎没有影响,而对马暖流却对台湾暖流存在重要影响。尽管对马暖流位于"下游区",通过"源-汇"驱动作用,其可以诱生约0.5×106m3/s的台湾暖流水。作者认为,能量通过地形波传导理论可能为这一动力学机制的合理解释。     

模糊多元分析方法及其在对马暖流源区水团和锋面涡旋分析中的应用

本文选用1989年4月中日黑潮合作调查的海洋水文、海洋化学和海洋生物等多种指标的观测资料,应用模糊多元分析方法,划分了对马暖流源区(28°～32°N,125°～130°E)的水团,分析了对马暖流源区水的来源,并对本研究海区所观测到的类似于墨西哥湾流在流经乔治亚陆架时所产生的锋面涡旋进行了初步分析.此外,文中还把模糊多元计算的结果与实测资料作了对照,计算的结果与观测结果吻合较好.     

对马暖流“东海段”的流路与流速

本文全面地分析了此段海流的流路与流速结构，首次提出研究海域近底层的环流示意图。指出在夏季，韩国南岸和日本九州北岸均存在着一支南下的逆流，九州西岸出现两种或多种形式的流路。对马暖流在源地流速很弱，流向不稳定，流路时隐时显不明显，只有离开源地后才逐渐显示出一支海流轮廓；强流区在朝鲜海峡附近。该海流可明显地划分为三段。流速夏强冬弱，夏季流幅宽约８０ｋｍ。     

渤海湾西岸全新世以来沉积物地球化学与黏土矿物特征及其对环境和气候的响应

通过对渤海湾西岸BXZK11孔沉积物黏土矿物、地球化学元素组分、粒度分析以及AMS14C年代测定并与研究区周边6个具有较好年龄控制的钻孔剖面对比,结合黏土矿物蒙脱石/(伊利石+绿泥石)比值以及元素Al/Si和Al/Na比值对气候变化的响应,探讨了渤海湾西岸地区全新世以来沉积环境以及气候变化过程.结果表明,末次盛冰期到8...     

台西南海域表层沉积物元素地球化学特征及其物源指示意义

对南海台西南海域表层沉积物的常量、微量元素含量分布变化特征、元素相关性以及元素组合特征进行了分析。结果表明,SiO2和Al2O3是研究区表层沉积物中的最主要组分,元素的含量与水深、粒度存在明显的相关性;R型因子分析识别出3个元素组合,分别代表细粒的陆源碎屑沉积组合、粗粒的生物碎屑组合和细粒的生物碎屑组合;研究区表层沉积物的物质来源主要有陆源和生物源两种,以陆源为主。