北冰洋西部表层沉积物中生源组分及其古海洋学意义

通过对中国首次和第二次北极科学考察在北冰洋西部所采取的66个表层沉积物中生源组分的分析,探讨了该海区表层生产力变化与水团的相互关系。楚科奇海西南部呈现出高的有机碳和生源蛋白石含量,而中部和东部哈罗德浅滩至阿拉斯加沿岸,以及楚科奇海台、北风脊和加拿大海盆表现出低的有机碳和生源蛋白石含量。楚科奇海陆架区表层沉积物以底栖有孔虫为主,丰度低;而楚科奇海台、北风脊和加拿大海盆则以浮游有孔虫占绝对优势,丰度较高。生源组分的分布特征显然与通过白令海峡进入楚科奇海的三股太平洋水和大西洋次表层水相关。楚科奇海西侧沿富营养的阿纳德尔流方向的区域呈现出高的表层生产力。而东侧受寡营养的阿拉斯加沿岸流及阿拉斯加西北沿岸陆源物质输入的影响,呈现出低的表层生产力。北纬75°以北及加拿大海盆受海冰覆盖影响,也表现出最低的表层生产力。而受北大西洋次表层水的影响,楚科奇海陆架外侧高纬海域表现出较高的钙质生物生产力。表层沉积物中Corg/N比值及其分布反映楚科奇海表层沉积物中的有机碳以海洋自身来源为主,且主要受生物泵过程控制。有机碳和生源蛋白石含量呈现高的正相关关系,说明硅藻等浮游植物的初级生产力可能控制着生物泵对碳的吸收和释放。     

赤道西太平洋暖池区更新世以来的生源沉积物沉积特征及其古海洋学意义

赤道西太平洋暖池区中部柱状样MD972140中钙质超微化石氧同位素记录和生物地层学的研究为该柱提供了可靠的年龄框架。氧同位素记录与生源和非生源组分的对比表明，粗组分和碳酸钙含量变化表现为冰期降低，间冰期升高，类似于大西洋型旋回，而蛋白石和非生源组分却与之相反。更新世以来粗组分和碳酸钙含量的变化总体上是由高到低，而蛋白石和非生源组分含量的变化是由低到高，反映了陆源物质输入量和表层水生产力的增加。由此可见，碳酸钙和蛋白石含量的变化主要受到钙质和硅质生物生产力以及陆源物质输入量的控制。氧同位素7期以来，蛋白石含量和硅质微体化石丰度在冰期升高及在间冰期降低的变化反映了表层水生产力的波动和硅质溶解作用的强弱。     

白令海北部表层沉积物中的生源组分分布特征及其古海洋学意义

对中国首次和第3次北极科学考察在白令海北部所采取的29个表层沉积物中的TOC、生源Opal和CaCO3含量等进行了研究,结果发现,TOC的高值出现在外陆架至中陆架区,其次为海盆区,白令海峡至内陆架最低;Opal的高值出现在海盆至陆坡边缘区,其次为外陆架至中陆架,白令海峡至内陆架最低;CaCO3的高值出现在内陆架至中陆架区,外陆架至海盆最低。外陆架至中陆架区高的TOC和Opal与该区现代上层水体中较高的叶绿素浓度和营养盐含量有关,反映了上层水体季节性的浮游植物勃发和高的初级生产力。内陆架至中陆架区域相对高的CaCO3可能与浮游植物颗石藻Emiliania huxleyi长期持续的勃发有关,而外陆架至海盆低的CaCO3可能与CaCO3溶解作用相关。外陆架和中陆架高的TOC和Opal可能来源于浮游生物的勃发和有机碳的输入。它们的Corg/N值介于6~9之间,说明其有机质主要来源于海洋自生的沉积,有机碳的输入可能受生物泵的控制。TOC和Opal的相关性分析显示了较高的相关系数(0.71),反映有机碳与硅藻关系密切,硅藻等浮游植物的初级生产力可能控制着生物泵对碳的吸收和释放。     

越南岸外夏季上升流区22万年来东亚季风的沉积与地球化学记录

对中德合作“太阳号”95航次的17954柱状样上部11．2m的沉积物样品进行了粒度与化学元素分析,获取了大约22万年来东亚季风在南海越南岸外上升流区演变的沉积与地球化学记录。结果显示,该站位沉积物颗粒较细,为典型的半深海型沉积,颗粒大小主要为2～8μm,几乎没有大于63μm的颗粒。不同粒径的沉积物含量及中值粒径大小呈现出明显的冰期一间冰期旋回：冰期时,中值粒径较大,介于8～63μm间的颗粒明显增多,指示了干而冷的冬季风加强;间冰期时,2～8μm的细颗粒为主要成分,反映冬季风减弱而夏季风加强。研究认为沉积物粒度的变化与冰期一间冰期旋回的海面变化有关。与生产力有关的Sr和Ba两个元素的含量总体在间冰期时增加,Ba／(Zr Rb)可以指示生产力变化,Sr／(Zr Rb)反映了碳酸盐含量变化。在间冰期Ba／(Zr Rb)值较高,显示了海洋生产力较高,指示了较强的夏季风。17954孔的Ba／(Zr Rb)呈现较强的2万年岁差周期变化,在氧同位素3期呈现最大值,指示了该时期夏季风特强。     

越南岸外上升流区45万年来上层海水变化的颗石藻证据

对位于南海西部越南岸外的MD05-2901柱状样45万年以来深海沉积样品进行了颗石藻分析,通过Florisphaera profunda百分含量讨论了营养跃层深度变化的趋势,并利用Beaufort等的经验公式计算了初级生产力。结果表明,45万年以来越南岸外上升流区海水营养跃层深度和初级生产力都经历了4个比较明显的变化阶段。频谱分析表明该区F.profunda百分含量和初级生产力都受到岁差和半岁差周期的控制。与南海南部ODP1143站研究资料对比表明,两地区上层海水变化趋势基本一致,都受到东亚夏季风和地球轨道岁差和半岁差周期的驱动。     

近2万年来南海北部与西部碳酸盐旋回及其古海洋学意义

通过对南海北部与西部５个活塞取心钻孔的碳酸盐系统分析，并结合部分年代学和有孔虫溶解指数资料研究，认为位于ＣＣＤ界面以上，以稀释作用为主的半深海陆坡区碳酸盐沉积旋回有如下特点：近２万年来区碳酸盐旋回可以分为６期，并具有一定的普遍性和可比性；与同位素和气候旋回相比，碳酸盐旋回在时间上存在的“超前”现象，超前时间为１－２ｋａＢ．Ｐ．；早冰后期，约相当于７．０－８．０ｋａＢ．Ｐ．期间，区内存在的一次低碳酸     

长江口外赤潮多发区近几十年来的古生产力记录及环境意义

选取长江口外赤潮多发区沉积物柱状样,在高分辨率测年基础上,通过有机碳、有机碳同位素(δ13C)、生物硅、绿素等多项指标的分析获得了调查海区古生产力的变化信息。并结合近几十年来营养盐浓度及组成结构的变化探讨了海洋浮游藻类组成结构的变化在海洋古环境中的记录。柱状样年代可追溯到20世纪40年代初。δ13C值在柱中的分布为-26.15×10-3~-19.5×10-3,表明有机碳为陆源与海生的混合。生物标志物在柱状样中的分布可大致分为三个阶段,50年代以前含量均较低;50年代至80年代含量均增加,表明海洋浮游藻类活动强烈且以硅藻为主,与此阶段长江口营养盐浓度迅速增加相对应;80年代以后,生物硅的含量下降至整个柱中最低水平,绿素有所降低,但高于50年代前的水平,而有机碳含量增加,表明在该时段硅藻生物量降低,其他藻类生物量有所增加,这与长江口营养盐氮盐持续增加而硅酸盐逐年降低、氮与磷的含量比值、磷与硅的含量比值迅速增大有关。沉积记录还表明此阶段陆源有机碳的贡献增强。     

台湾东部黑潮区海源碳的沉积物记录与近千年来生产力与气候变化的反演

本文基于对台湾以东黑潮主流区沉积物的粒度和定年,通过解析沉积物总有机碳及其同位素组成获取海源碳变化特征,首次报道了该海区近千年来的初级生产力与气候变化反演结果。研究显示,台湾以东黑潮主流区近千年来的平均沉积速率为34.44 cm/ka,沉积环境较为稳定。另外,台湾以东黑潮主流区沉积物中的总有机碳和总氮含量主要受台湾东部河流输入、海洋初级生产力的沉降过程、成岩作用和粒度效应影响。对沉积物海源碳的定量估算表明,近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物中40.02%~73.88%的有机质为海源输入,陆源输送次之。同时,近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物记录较好地反映了中世纪暖期、小冰期和现代暖期3个气候变化阶段。1150-1420年期间,沉积物中总有机碳、总氮和海源碳含量缓慢升高,较高的表层海水温度有利于海洋初级生产力水平的升高。1500-1840年期间,较低的表层海水温度和亚洲大陆风尘输送水平使得海洋初级生产力较低,同时台湾地区小冰期较高的降水量有利于台湾东部河流向海输送,增强的水动力条件可能会加强海底沉积物的东移,从而导致该区域沉积物中总有机碳含量的增加。进入现代暖期以来研究区的海水温度逐渐增暖,而东亚季风强度和降水量却表现出波动的年际变化特征,并体现在研究区1930-1950年和1970年期间沉积物的中值粒径、总有机碳和总氮含量的快速波动。     

楚科奇海表层沉积物的生源组分及其对碳埋藏的指示意义

工业革命以来大气中CO₂浓度由280 ppm剧增至375 ppm,是导致全球气候变暖的主要原因[1]。海洋作为大气CO₂的“汇”之一,每年可吸收人类释放CO₂气体总量的30%,对全球碳循环的收支平衡有重要作用[2]。两极地区是CO₂的主要汇区,也是全球变化的重要反馈窗口。因此,了解碳在北冰洋的生物地球化学循环过程是十分必要的[3-4]。海洋中的生源沉积物主要来自于海洋上层浮游生物碎屑的沉降,主要由蛋白石(以生物硅代替,BSi)、碳酸钙(CaCO₃)和有机质(通常用有机碳替代,TOC)组成[5]。     

东印度洋近20 ka以来的生物硅记录及其古生产力意义

通过对东印度洋钻孔CJ01-185的生物硅来探讨东印度洋古生产力的变化和古气候演化的响应。CJ01-185钻孔的生物硅含量在末次冰期最低,为0.86%;而到了全新世晚期生物硅含量达到1.89%。全新世晚期生物硅的堆积速率明显大于末次冰期。随着全新世海平面的快速上升,巽他海峡贯通,来自爪哇海的陆源物质输入到东印度洋,导致全新世的生物硅含量和生物硅的堆积速率增加。研究表明：巽他海峡贯通前,研究区的古生产力主要受东南季风变化和上升流的活动影响;而巽他海峡贯通后,古生产力很明显受到陆源物质输入的控制,东南季风变化和上升流的影响较弱。     

48万年来南海及周边地区火山喷发作用的沉积学记录

通过对南海西部越南岸外MD05-2901孔的研究,建立了48万年来高分辨率的氧同位素年代地层。针对磁化率结果显示的13层厚度超过4 cm的磁化率峰值层,将其年代和菲律宾巴拉望岛岸外的MD972142孔的火山灰层进行对比,发现其中10层完全对应,证明磁化率峰值层是由火山喷发作用造成的,说明48万年来菲律宾火山带喷发的粉尘可以沉积到南海西部。磁化率峰值层样品的粒度特征明显不同,呈双峰态分布,粗颗粒组分较多,空隙率高,密度和颜色反射率较小。由此证明,磁化率和粒度分析可用于寻找肉眼不可见的火山喷发作用的沉积学记录。研究发现的受火山喷发作用影响的特殊层位,可作为地层对比的参比标志,并为追溯48万年来大气和洋流的变迁提供了参考资料。     

南海北部陆坡神狐海域晚中新世以来沉积物中生物组分变化及意义

对南海北部陆坡神狐海域4口钻孔(BY1、BY2、BY3、BY4)岩心沉积物中微体古生物的研究表明晚中新世以来该区沉积物中硅质和钙质生物组分丰度具有较大时间和空间变化。从时间上看,硅质生物在晚中新世-上新世几乎缺失,中更新世以来约40万年(0~24 m)才较多出现,18万年以后繁盛,大于0.15 mm粗粒级有孔虫在晚中新世期间丰度很低,而在更新世-上新世丰度很高;空间上的差异表现在不同的钻井岩心中生物丰度变化范围较大。根据硅质生物丰度变化可推测晚中新世-上新世-早更新世时海水表层古生产力极低,而中更新世以来古生产力相对较高。南海北部钙质生物丰度的变化主要受控于陆源物质的输入量,在钻探区可识别2个可能具有不同物质来源的小区块,如BY1、BY2孔晚中新世-上新世陆源物质的输入量高于更新世,BY3和BY4孔更新世陆源物质的输入量高于上新世。2007年本区钻探结果揭示的一个令人惊奇和十分独特的现象,水合物以高达20%~49%饱和度状态分散在细粒沉积物(黏土粉砂)孔隙中,本研究发现这些矿层富含钙质生物组分(钙质超微化石和有孔虫),而硅质组分贫乏。由此初步推测,大量钙质生物组分的存在可能增加了黏土粉砂沉积物的孔隙空间,从而为大量水合物的赋存提供了有利的沉积孔隙空间。     

南海最近2 400年来的古海洋学变化与历史气候资料的比较

对南海南、北陆坡两个箱式柱状样中91个沉积物样品进行了高分辨率的稳定同位素和有机碳分析,获得最近2 400年以来上部海水温度和表层古生产力的记录,发现晚全新世南海的表层海水温度和温跃层呈现阶段性变化,且有小冰期等短期气候事件.有机碳分析南海北部近900年来古生产力呈上升趋势,南部则为下降趋势.结合历史气候变化,得到东亚古气候变化的海陆记录具有很好的可比性.频谱分析显示南海晚全新世温跃层具有～175、～210和～360 a等百年尺度的周期,与太阳活动周期一致,说明百年尺度的短期气候变化可能与太阳活动有关.     

红树植物花粉在我国东南部海域沉积物中的分布及古环境意义

为搞清我国陆架的孢粉、藻类分布规律，于１９７２年先后对黄海、东海、南海海底沉积物作了孢粉、藻类研究。结果表明，在黄海，东海表层沉积物中红树植物花粉主要由黑潮暖流北上携带而来，在南海沿岸的海湾和河流入海处沉积物中红树植物花粉含量高；水下古海岸线附近含量亦高，南海北部钻孔中的红树植物花粉系由海流搬运我国沿岸物质沉积而成；南部钻孔中的红树植物花粉主要是海流将马来西亚的菲律宾沿岸物质搬运沉积而成。     

南海深海表层沉积硅藻的分布

定量分析了南海36个深海现代表层沉积样品中的硅藻，发现主要的种有Thalassionema nitzschilides、Chaetoceros messanensis、Coscinodiscus modulifer、Thalassionthrix longissima、Nitzschia marina和Cyclotella spp.。根据硅藻优势种含量、丰度等特征以及Q型聚类分析，大致划分为5个组合带，它们主要受温度、上升流等环境因素的影响。     

南海南部中布容期颗石藻化石记录及其意义

对南海南部ODP1143站750 ka以来的颗石藻化石进行了属种鉴定及百分含量分析,结果显示,在480~260 ka的中布容期,Florisphaera profunda百分含量降低,而Gephyrocapsa caribbeanica等桥石类繁盛。同时,这一时期的海水结构发生改变,营养跃层变浅,海水表层生产力增加。研究发现,中布容时期为地球偏心率低值时期;而偏心率值最小时,最适宜颗石藻生长。因此,可以推测这一时期颗石藻群落发生的变化在很大程度上受到地球偏心率的影响。同时,中布容期大洋碳储库发生重大变化,也可能与偏心率引起的大洋浮游植物群落变化有关。     

南海东北部184柱状样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184柱状样的29个沉积样品的定量研究,揭示了生源和矿物碎屑各组分在柱状样中的垂向分布,显示了在海洋古环境研究中组分分析作为一种简单、快速的研究方法的潜力。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。火山玻璃在柱状样的分布位置与氧同位素分期的对比,显示出其可以成为地层对比和确定年龄的良好标志。