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C_org/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C_org/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。     

南极罗斯海表层沉积物中生源组分的分布规律及其环境指示意义

罗斯海陆架是南极边缘海初级生产力最高的区域,是研究冰–海–气相互作用和碳循环的热点区域。 本文分析了中国第31–35次南极科考在罗斯海陆架区域采集的43个表层沉积物中的生源组分生物硅(Opal)、碳酸钙、总有机碳(TOC)、总氮(TN)含量和有机碳δ13C(δ13Corg)等指标,通过对这些指标聚类分析和因子分析,并与环境参数对比,研究了罗斯海生源要素的空间分布规律及其对环境的指示意义。结果显示,在罗斯海陆架区域内,TOC、TN、Opal是因子1的主要变量,代表水体生产力。其含量在西南陆架冰间湖和东南陆架地区显示高值,在阿代尔角外陆架地区显示低值,推测主要受溶解铁浓度的影响。δ13Corg是因子2的主要变量,其含量在特拉诺瓦湾冰间湖以及东北外陆架地区较高,在盆地海槽地区较低。δ13Corg的重值分布与生产力勃发有关,轻值分布与陆源有机碳的输入有关。碳酸钙是因子3的主要变量,含量在阿代尔角以及罗斯海冰间湖较高,在盆地海槽以及东部陆架地区较低,其含量主要受到保存效率的影响。     

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]。     

东海、黄海近代沉积物中生物硅含量的分布及其反演潜力

以东海、黄海2006年4月、10月航次采集的沉积物样品为研究对象,结合沉积物中生物硅(BSi)含量的空间分布特征进而讨论BSi的反演潜力。研究发现,调查海域表层沉积物中BSi的含量介于0.018%~2.516%,平均值为0.726%,柱状沉积物中BSi的含量波动较小,相对稳定。整体而言BSi含量与相应年代的浮游植物现存量变化的趋势相近。经一元线性分析发现BSi含量与硅藻生物量的相关性显著。为进一步证实由BSi含量反演古生产力的有效性和可信度,采用Tun-nicliffe等的方法探讨了BSi含量在沉积物中的稳定性,调查结果表明,近150 a来BSi几乎没有降解,能够稳定地保存于沉积物中。综上可以初步判断沉积物中BSi含量可作为古生产力指标来反演古生产力的潜力。     

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。     

南海南部第四纪表层海水古生产力变化的钙质超微化石证据

深海沉积中的钙质超微化石是古海洋表层生产力的替代性标志之一。通过对南海南部ODP1143站第四纪沉积中超微化石分析,从绝对丰度和堆积速率、Florisphaera profunda百分含量及碳同位素三个方面探讨了该区第四纪表层海水古生产力的变化特征。结果显示,1．56Ma以来南海南部表层海水古生产力呈现两种不同时间尺度的变化。一是随冰期－间冰期旋回而变化,间冰期时,表层海水生产力高,而冰期时则降低;另一种则是大约40万年的长周期变化,自1．56Ma以来,可以分成四个大的旋回,每个旋回内表层海水古生产力又经历了从低到高再到低的变化。     

南海海域浮游植物分布特征及研究进展

海洋浮游植物在海洋生态、环境和全球气候变化中担当着非常重要的角色,对大气CO₂浓度有重要的调节作用。从早期的测氧法、放射碳法,到对生物总量研究的流式细胞测量技术和遥感观测,以及对群落结构研究的分子生物技术、色素和脂类化合物等化学方法,都极大地促进了海洋浮游植物的研究。南海地理位置独特,是西太平洋上最大的边缘海之一,同时受亚洲季风的强烈影响。在对浮游植物主要研究方法介绍的基础上,总结了南海现代海洋浮游植物的群落分布和时空变化特征,归纳了气候、环境等各种因素对浮游植物生态的影响,同时探讨了南海古生产力的演变特征和影响因素。     

南海东北部晚第四纪古生产力变化

通过对南海东北部、吕宋岛西北岩外１７９２８柱状样吕浮游、底栖有孔虫丰度及其与生产力有关和属种含量变化的研究,发现该柱状样在末次冰期（氧同位素２～４期）和氧同位素６期时,浮游、底栖有孔虫丰度增高,高生产力的有孔虫含量也在这两个时期出现高值,说明此时该区具有同的生力水平,这种现象可能与冰期时陆营养盐输入量增加、东亚冬季风增强并在此形成上升流有关。     

南海深海表层沉积中的硅藻组合及其环境特征

定量分析了南海３３个１０００ｍ水深线以内的现代表层沉积样品中的硅藻,发现主要的种有菱形海线藻Ｔｈａｌａｓｓｉｏｎｅｍａｎｉｔｚｓｃｈｉｏｉｄｅｓ、短刺角毛藻Ｃｈａｅｔｏｃｅｒｏｓｍｅｓｓａｎｅｎｓｉｓ、结节圆筛藻Ｃｏｓｃｉｎｏｄｉｓｃｕｓｎｏｄｕｌｉｆｅｒ、长海毛藻Ｔｈａｌａｓｓｉｏｔｈｒｉｘｌｏｎｇｉｓｓｉｍａ、海洋菱形藻Ｎｉｔｚｓｃｈｉａｍａｒｉｎａ和条纹小环藻Ｃｙｃｌｏｔｅｌｌａｓｔｒｉａｔａ。根据硅藻主要种的百分含量、各站位硅藻丰度的变化以及其它一些特征,将３３个样品划分为５个硅藻组合,并着重研究这些组合与环境因素之间的关系。     

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。     

南海西南部海区近200ka来的动力环境与东亚古季风

包括南海在内的热带海洋是东亚夏季风的发源地,分析其动力环境特征的的演变历史,可提供东亚古季风活动的海洋证据。对取自该海区的NS93-5柱状样做了详细的粒度分析,结合氧内闰素地层结果、微体古生物观察统计和CaCO3测试资料,尝试采用高精度的粒度分析作为替代性指标,讨论近200ka以来的水动力及古生产力变化特征。结果认为,自末次盛冰期以来该海区的海洋动力环境发生了明显的变化,而在此之前则变化不显著,在倒数第2次冰期中由于夏季风作用致该局部区域上升流发育和海面温度偏高。古生产力变化规律一般是：在冰期较高,并呈稳定或上升趋势;在间冰期较低,出现下降现象。近200ka来的特殊情况出现于全新世早期,古生产力达到最高值。通过与黄土高原及其它地区的古季风环境对比,发现东亚古季风区内在全新世和末次盛冰期的遥相关较好,而在倒数第2次冰期中存在明显差别,说明在冬季风和夏季风的相互作用下,产生了特定时期内典型季风区的局部海洋区域性特征。     

南海南部表层沉积物中生物硅的分布及其环境意义

对南海南部25个表层沉积样进行了生物硅的测定分析,试图揭示南海南部表层沉积生物硅的分布及其对现代海洋环境的指示意义,以便为古海洋学研究提供进一步的科学依据。研究发现,表层沉积物中生物硅含量与其所处水深呈显著正相关关系,相关系数达到0.782。陆架浅水区表层沉积物中生物硅含量非常低,不能反映表层水体中硅质生物生产力情况,这可能与沉积类型和陆源物质输入影响有关。深水区表层沉积物中生物硅的含量分布表明,其不仅能反映表层水体中硅质生物的古生产力水平,而且还能指示上升流的强弱,从而进一步证实了利用沉积物中生物硅含量来追踪上升流发育和变化的有效性与可信度。研究结果还显示,在研究区域中北部表层沉积生物硅中放射虫和海绵骨针较硅藻占有更大的比重,这可能是由于硅藻易被溶解并易被其他生物体摄食的缘故。在有上升流发育的海域,放射虫、硅藻和海绵骨针基本上表现出较高的丰度,这与高的生物硅含量相一致。     

南海南部中上新世以来沉积有机碳与古生产力变化

对南海南部ODP1143站上部150m的1005个沉积物样品进行了有机碳分析,求取中上新世3．5Ma以来表层生产力长期的演化趋势和短期的变化规律。有机碳含量、有机碳堆积速率和输出生产力在2．85～1．58Ma和0．9～0Ma两个时期呈现相对高值,反映具较高的古生产力,推测分别与上新世晚期北极冰盖形成和“中更新世革命”之后北极冰盖扩大事件密切相关。与有孔虫δ^18O记录对比,有机碳含量、有机碳堆积速率和输出生产力都显示在冰期增加,间冰期降低,反映了冰期具较高的表层生产力。冰期时较高的沉积物堆积速率和C／N比值反映低海平面时期陆源营养物质供应增加,是造成冰期表层生产力高的重要原因。同时推测冰期时低氧含量的底层水有利于有机物质的保存。频谱分析揭示,中上新世以来有机碳含量变化复杂,说明其变化除主要受到地球轨道周期变化的驱动外,还受到陆源物输入等其他因素的影响;而有机碳堆积速率和输出生产力主要受地球轨道周期变化的驱动。