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。     

37 ka以来日本海沉积物有机质碳和氮稳定同位素变化及其古海洋学意义

海洋沉积物有机质碳氮稳定同位素(δ¹³C、δ¹⁵N)广泛用于有机质来源示踪、古生产力和古海洋环境重建。日本海沉积物δ¹³C和δ¹⁵N值一个显著特征是在末次冰盛期(LGM)同步负偏,但是对这一现象产生的原因以及他们的演化过程的认识仍然存在明显不足。在本研究中,我们详细调查了37 ka以来日本海中部LV53-23-1岩心沉积物δ¹³C和δ¹⁵N演化历史。结果显示,沉积物δ¹³C和δ¹⁵N分别介于-26.3‰至-22.5‰和1.6‰至6.1‰,低值出现在LGM(26.5~17 ka)暗色层状泥发育时期,指示较强的陆源输入贡献。在Heinrich冰阶1时期(17~14.5 ka),δ¹³C和δ¹⁵N快速正偏,表明日本海海洋环境发生了明显的转换,对应于对马海峡淹没及对马暖流入侵。14.5 ka之后,沉积物δ¹⁵N值恢复到5‰,与开阔大洋海水硝酸盐的δ¹⁵N值近似。我们采用二端员混合模型粗略地估算了有机质来源的相对贡献。LGM时期陆源有机质贡献介于65%至80%,14.5 ka以后海源有机质贡献介于60%至80%。除了增加的陆源有机质贡献以外,LGM时期沉积物δ¹⁵N亏损还涉及如下过程:(1)较高的含Fe沙尘供给提高日本海表层海洋生物固氮效率;(2)缺氧环境盛行减弱成岩作用对沉积物δ¹⁵N影响。37 ka以来,日本海沉积物δ¹³C和δ¹⁵N变化与有机质来源、营养盐的供给、表层生产力和沉积物氧化还原条件相关,实际受海平面和全球气候制约。     

菲律宾海沉积物中石英的来源及其搬运方式

为了识别菲律宾海沉积物中风尘信号和源区,以及沉积物的搬运方式,取菲律宾海沉积物中的石英,系统研究了石英的粒度组成、形貌特征、氧同位素特征和结晶度指数。菲律宾海中远离岛弧和海脊的石英粒度较细,西菲律宾海中石英主要由EM1(众数粒径平均为2.9μm)、EM2(众数粒径平均8.17μm)和EM3(众数粒径平均为21.67μm)三个端元组成,东菲律宾海中主要由EM1和EM2两个端元组成。靠近岛弧和海脊的石英粒度较粗,吕宋岛附近的石英具有众数粒径平均为103μm的EM4端元。EM1端元石英表面有明显的碰撞凹坑, EM2端元石英有溶蚀孔洞, EM3端元石英呈棱角状,表面相对光滑。包含EM1端元的石英的δ18O值和结晶度指数与塔克拉玛干沙漠中相同粒级石英的特征相近,不包含EM1端元的石英的δ18O值和结晶度指数与火山岛弧来源的石英特征相近。综合分析表明,EM1端元的石英为主要来自于塔克拉玛干沙漠的风尘石英,经由盛行西风搬运至太平洋,并由南向或西南向的风搬运,最终在菲律宾海沉积。EM2和EM3端元石英主要来源于太平洋火山岛弧,其中, EM2端元的石英经历了强烈的化学风化,经河流或洋流输送到研究区; EM3端元的石英没有经历长距离运输,可能是附近岩石风化的产物。     

西菲律宾海现代风尘物质组成特征及其物源指示意义

为识别西菲律宾海现代风尘物质的具体来源及其携带动力,本次研究于2015年冬季对西菲律宾海上空风尘进行了采集,并系统分析了碎屑态组分的矿物组成和常、微量元素组合特征.西菲律宾海现代风尘沉积物中碎屑矿物成分主要有石英、伊利石、斜长石和石膏等,矿物形态均呈次棱角状,具有明显的风成沉积特征.所研究样品的Al₂O₃-TiO₂投影主要与鄂尔多斯沙漠和巴丹吉林沙漠物质相似,而其微量元素Zr-Th-Sc组成则表现为鄂尔多斯沙漠和塔克拉玛干沙漠物质的两端元混合,说明鄂尔多斯沙漠是西菲律宾海现代风尘的主要源区,而塔克拉玛干沙漠和巴丹吉林沙漠的风尘输入对该区的影响较小.后向轨迹分析表明,西菲律宾海冬季的风尘携带动力主要是东亚冬季风.      

青岛沿海地区春季大气颗粒物矿物组成特征和来源分析

2016年春季在青岛地区采集总悬浮颗粒物样品,利用X-射线衍射仪对其碎屑和黏土矿物进行分析,结果表明在不同空气质量采集的样品中,矿物组成有明显差异。对较差天气下采集的样品进行黏土矿物分析,识别出伊利石、蒙皂石、绿泥石和高岭石等4种主要黏土矿物。利用蒙皂石-伊利石-高岭石三角图解、亚洲沙尘暴数值预报系统和颗粒物后向轨迹分析,对较差天气下采集的颗粒物来源进行分析,发现颗粒物主要来自亚洲内陆(组分百分比48.3%)和青岛附近地区(组分百分比51.7%);利用后向轨迹对较好天气下采集的样品分析,发现颗粒物不仅有亚洲内陆(组分百分比34.43%)和青岛附近地区的来源(组分百分比42.62%),还有东南向气流搬运而来的海盐颗粒物(组分百分比22.95%)。通过以上研究,对青岛地区春季大气颗粒物的矿物组成和来源有了详细的认识,对于了解大气颗粒物对青岛沿海地区空气质量、海洋生态环境的影响具有重要的意义。