中更新世转型时期南海北部上层水体结构演化特征——ODP1146站浮游有孔虫稳定同位素记录

文章以南海北部ODP1146站沉积物岩芯为研究材料,利用浮游有孔虫次表层水种Pulleniatina obliquiloculata壳体的氧、碳稳定同位素,结合该站位浮游及底栖有孔虫氧碳同位素数据,分析中更新世以来南海北部上层水体结构的演化。1.2 Ma以来ODP1146站P.obliquiloculata壳体δ^18O的变化可分3个阶段:1)1.2~0.9 Ma,冰期-间冰期变化幅度较小、主导周期为41 ka斜率周期;2)0.9~0.6 Ma,冰期旋回变化幅度逐渐增强、100 ka偏心率周期开始强化;3)0.6 Ma以来,冰期旋回呈现稳定且幅度较大的100 ka周期变化。0.9 Ma以来南海北部上层海水δ^18O的冰期旋回变幅增强,可能反映东亚冬季风在0.9 Ma之后显著强化。其中,表层水体δ^18O只在冰期变幅增强,P.obliquiloculata所反映的次表层水体δ^18O的变化幅度在冰期和间冰期都显著增强。约0.9 Ma浮游和底栖有孔虫δ^18O的100 ka周期几乎同时显现;但在0.9~0.6 Ma时期P.obliquiloculata的δ^18O偏心率周期更为显著、斜率周期的强度也更高。因此,冰期旋回周期转型及幅度变化两方面的证据共同反映温跃层结构演化在南海北部中更新世转型(MPT)气候转变过程中的特殊性。1.2 Ma以来ODP1146站P.obliquiloculata的δ^13C在0.02 Ma、0.49 Ma和0.99 Ma左右呈明显的碳重值,同时表层种-次表层种之间的δ^13C差值减小到近于0,可以解读为碳重值事件期间南海北部生产力相对减弱。     

大洋岛弧的前世今生

根据板块构造理论,板块的边界是地质作用最为强烈的地区,因而它们是当今固体地球科学研究的重点。依据应力性质的不同,地球上板块的边界类型有扩张的洋中脊、汇聚的俯冲带和调节板块运动差异的转换断层三种。就汇聚型板块边界而言,它又可进一步划分为洋-洋俯冲的大洋或洋内岛弧带（Intra-oceanic arc）、洋-陆俯冲的安第斯型活动大陆边缘带和陆-陆接触的大陆碰撞带三种。相对而言,大洋岛弧的研究程度最低。传统认为最典型的大洋岛弧——日本诸岛,已不再被认为是洋-洋俯冲的产物,因为已有研究显示它是从亚洲大陆裂解的碎块。根据目前的调查,现今的大洋岛弧主要集中在西太平洋地区,以太平洋与菲律宾板块间的Izu-Bonin-Mariana弧和太平洋-澳大利亚间的西南太平洋岛弧为代表。大洋岛弧研究的最重要问题是,洋洋之间如何产生了俯冲。目前多倾向于认为：大洋中的转换断层可使不同时代的大洋岩石圈相互接触,在这种情况下,较老的岩石圈由于冷却时间较长而密度相对较大,因而可下沉而俯冲到较年轻的岩石圈之下。这一模型也被誉为蛇绿岩形成的初始俯冲定律（Subduction Initial Rule,简称SIR）。但存在的问题是,目前全球还没发现有转换断层转变为俯冲带的实例。更何况,全球大洋中发育如此众多的转换断层,但为何只在西太平洋发育大洋岛弧?本文通过对资料的总结还发现,这些大洋岛弧基本都是从亚洲或者澳大利亚大陆东部边缘裂解的碎块,只是后期的弧后扩张作用使裂解的碎块发生强烈的改造,形成具有类似大洋岩石圈的特点。目前提出的洋-洋自发形成俯冲带的模型并没有理论基础,也没有实际地质事实的支持。但在加勒比海、斯科舍海和阿留申地区,大洋岛弧的出现与洋底高原诱发的俯冲带跃迁或俯冲极性反转有关。因此,板块构造理论中的洋洋初始俯冲模式需要进一步资料的验证。

     

云南西部地质构造格局

云南境内，红河断裂以西，主要由四条不同时代的板块缝合带为骨架，构成南北向、北北西-南南东向的条带状构造格局。由东向西依次为：红河缝合带为元古大洋向东俯冲于扬子陆块之下、于印支-燕山期再次强烈活动的构造推覆带，使扬子古陆早元古代变质岩推覆于其西的晚古生代地层之上。澜沧江缝合带为晚华力西-印支早期的一条板块缝合带，大洋向西俯冲于冈瓦纳古陆的藏滇微古陆之下，最后导致扬子古陆与藏滇古陆的碰撞。缝合带间主要分布石炭-二叠纪时的火山岛弧，其西缘发育碰撞型临沧花岗岩。金沙江缝合带是澜沧江缝合带晚期的次级俯冲带。北部，石炭纪时的沉积环境具洋盆性质，但剑川以南又与红河缝合带西侧的石炭-二叠纪裂陷槽相衔接。据此认为该缝合带可能是一条转换断层。早古生代时，红河缝合带与澜沧江缝合带之间为一冒地槽，洋盆向西迁移奎澜沧江一带到晚古生代，已演化为地台沉积；中生代时．则属地堑盆地，称兰坪-思茅中生代拗陷。澜沧江缝合带以西，无弧后盆地出现，而代之以弧后隆起及晚古生代时的裂谷；更西之保山盆地属陆内长期坳陷之古生代盘地。怒江缝合带在西藏地区为侏罗纪时的拉张洋盆，于早白垩世合拢，蛇绿岩广泛出露，缝合带的特征较明显；但向南延入云南，则表现不明显，可能具剪切并接性质。怒江缝合带以西的腾冲-盈江地区，变质基底广泛出露，燕山-喜山期地壳重熔花岗岩成带分布，为雅鲁藏布江缝台带仰冲侧的酸性岩浆岩带。     

Fine-resolution simulation of surface current and sea ice in the Arctic Mediterranean Seas

A fine-resolution model is developed for ocean circulation simulation in the National Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics (LASG), Chinese Academy of Sciences, and is applied to simulate surface current and sea ice variations in the Arctic Mediterranean Seas. A dynamic sea ice model in elastic-viscous-plastic rheology and a thermodynamic sea ice model are employed. A 200-year simulation is performed and a dimatological average of a 10-year period (141st-150th) is presented with focus on sea ice concentration and surface current variations in the Arctic Mediterranean Seas. The model is able to simulate well the East Greenland Current, Beaufort Gyre and the Transpolar Drift, but the simulated West Spitsbergen Current is small and weak. In the March climatology, the sea ice coverage can be simulated well except for a bit more ice in east of Spitsbergen Island. The result is also good for the September scenario except for less ice concentration east of Greenland and greater ice concentration near the ice margin. The extra ice east of Spitsbergen Island is caused by sea ice current convergence forced by atmospheric wind stress.     

冲绳海槽有孔虫壳体的微量元素Sr,Nd同位素地球化学

钙质生物壳的微量元素组合和Sr,Nd同位素组成是识别海底混合源沉积物中生物源物质相对贡献的重要参数.冲绳海槽有孔虫壳体强烈富集Sr,P,Mn和Ba,富集Li,U,Th,Sc,Co,Pb,Zn,Cr,Rb,Y,Sb和轻稀土元素,弱富集V,Ga,Zr,Nb,Cd和中稀土元素,相对贫Ge,Mo,In,Sn,Cs,Hf,Ta,W,Tl,Bi和重稀土元素,海水中微量元素的背景含量和生物活动对微量元素的选择性吸收是有孔虫壳体中微量元素发生富集和贫化的主要机制,冲绳海槽有孔虫壳体的稀土元素配分模式与海水和太平洋有孔虫的有明显差异,表现出中稀土元素相对富集,并具有微弱的负Ce异常.有孔虫壳体的Sr,Nd同位素比值也与大洋海水不同,分别为0.709769和0.512162,前者略高于大洋海水,后者略低于大洋海水,表明冲绳海槽海水明显受大陆河水影响.     

下侏罗统辛涅缪尔阶—普林斯巴阶界线地质事件研究进展

早侏罗世经历了赫塘期、辛涅缪尔期、普林斯巴期和土阿辛期, 其中土阿辛期大洋缺氧事件(T-OAE)被广泛研究。但在辛涅缪尔阶-普林斯巴阶界线处, δ13C_org及δ13C_carb曲线均发生负偏, 局部伴随黑色页岩沉积。其在英国、法国、意大利、葡萄牙以及中国等地区都有记录, 碳同位素的变化伴随着环境、气候的变化, 研究显示该事件可能是全球性的, 被称为“S-P界线事件”(SPBE)。此次地质事件与T-OAE事件类似, 也显示了一次大洋缺氧事件, 其发生时有轻碳同位素被排入了大气系统中, 但是轻碳同位素的来源尚不明确, 部分学者认为是大火成岩省喷发时排放的轻碳物质注入了海洋-大气系统所致。目前对该事件的研究主要集中于欧洲海相地层, 其对陆地生态系统的影响还知之甚少。我国四川盆地下侏罗统湖相沉积发育良好, 下侏罗统自流井组东岳庙段沉积有与大安寨段(T-OAE发生层段)类似的黑色页岩及介壳灰岩, 其有机碳同位素负偏, 显示了S-P界线事件的影响, 其与T-OAE类似也对四川盆地早侏罗世古湖泊产生了影响。      

Sea surface temperature and salinity reconstruction based on stable isotopes and Mg/Ca of planktonic foraminifera in the western Pacific Warm Pool during the last 155 ka

Changes in sea surface temperature(SST), seawater oxygen isotope(δ 18 O sw), and local salinity proxy(δ 18 O sw-ss) in the past 155 ka were studied using a sediment core(MD06-3052) from the northern edge of the western Pacifi c Warm Pool(WPWP), within the fl ow path of the bifurcation of the North Equatorial Current. Our records reveal a lead-lag relationship between paired Mg/Ca-SST and δ 18 O during Termination II and the last interglacial period. Similarity in SST between our site and the Antarctic temperature proxy and in CO 2 profi le showed a close connection between the WPWP and the Antarctic. Values of δ 18 O sw exhibited very similar variations to those of mean ocean δ 18 O sw, owing to the past sea-level changes on glacial-interglacial timescale. Calculated values of δ 18 O sw-ss refl ect a more saline condition during high local summer insolation(SI) periods. Such correspondence between δ 18 O sw-ss and local SI in the WPWP may refl ect complex interaction between ENSO and monsoon, which was stimulated by changes in solar irradiance and their infl uence on the local hydrologic cycle. This then caused a striking reorganization of atmospheric circulation over the WPWP.     

大洋富钴结壳资源调查与研究进展

富钴结壳是继多金属结核资源之后被发现的又一深海沉积固体矿产资源,在太平洋、大西洋和印度洋的海底均有分布。据估算,全球三大洋海山富钴结壳干结壳资源量为(1081.1661~2162.3322)×108t。世界各国对富钴结壳的调查始于20世纪80年代初,截至目前,已有日本、中国、俄罗斯和巴西等4个国家与国际海底管理局签订了富钴结壳勘探合同,而韩国的矿区申请也于2016年获得核准。富钴结壳按形态可分为板状结壳,砾状结壳和钴结核3种类型。富钴结壳内部结构构造在宏观上通常表现为三层构造,即底部亮煤层、中部疏松层和顶部较致密层;在微观下主要表现为柱状构造、叠层构造、斑块状构造、纹层状构造等多种类型。富钴结壳的矿物成分主要为自生的铁锰矿物,包括水羟锰矿、钡镁锰矿、羟铁矿、四方纤铁矿、六方纤铁矿、针铁矿等。富钴结壳富含Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pb、Zn等金属元素以及稀土元素和铂族元素,其中Co含量尤为显著。三大洋中,以太平洋富钴结壳的Co平均含量最高。富钴结壳的生长过程极其缓慢,平均仅几毫米每百万年。研究表明,西太平洋富钴结壳最早于始新世-早中新世开始生长。目前通常认为富钴结壳为水成成因,即Co、Fe、Mn等金属元素来源于海水。此外,有研究表明微生物在富钴结壳的形成过程中也起着非常重要的作用。富钴结壳的分布及特征受地形、水深、基岩类型、海水水文化学特征、经纬度等多种因素的影响,其主要分布于碳酸盐补偿深度以上、最低含氧带以下、水深800~2500 m的海山、岛屿斜坡和海底高地上,西、中太平洋海山区被认为是全球富钴结壳的最主要产出区。     

南海东北部表层沉积中有孔虫的分布及其环境意义

为了探讨南海东北部表层沉积中有孔虫分布的规律，选取184个表层样进行分析，结果发现有孔虫的垂向分布与碳酸盐的溶解作用密切相关。在2300－2500m水深以下，浮游有孔虫丰度迅速减小，而底栖有孔虫占有孔虫全群的比值BF／（BF＋PF）以及底栖有孔虫胶结质壳类的百分含量则迅速增加，这三者随水深的变化在3400－3500m处有一明显的转变，被认为是南海东北部CCD面（碳酸盐补偿深度）所在的位置，且该研究区内碳酸盐补偿深度南部较北部深100m。浮游有孔虫水平分布除了受表层海水温度的的控制外，黑潮南海分支以及吕宋岛北端上升流区带来的富营养水体的存在也起很重要的作用。