北冰洋马克洛夫海盆现代浮游有孔虫深度分布及其生态与氧碳同位素特征

北极地区对气候变化极为敏感,并通过海冰覆盖程度体现非常明显的放大效应.过去几十年的观察证明,北冰洋海冰正在加速后退和变薄,对全球气候的反馈和影响已成为当前气候变化研究的重大课题.浮游有孔虫钙质壳作为远洋沉积物的主要组成成分,也是古海洋重建的重要工具,但北冰洋海区因材料所限研究程度很低.本次工作通过对中国第4次北极考察在北冰洋马克洛夫海盆(Makarov Basin)浮游拖网取得的现代有孔虫样品的分析,解释现代浮游有孔虫组合及其稳定同位素组成所传达的生态信息,并建立主要属种分布与环境之间的相关关系.获得如下认识:(1)马克洛夫海盆150μm的浮游有孔虫组合以极地种Neogloboquadrina pachyderma(sinistral coiling)占绝对优势;(2)浮游有孔虫主要生活在水深50~100 m的上部盐跃层中,其次是100~200 m水层;(3)盐跃层中温度的变化会影响到浮游有孔虫的绝对丰度和在水柱中的分布,盐跃层更暖的环境更有利于浮游有孔虫的发育;(4)在100~200 m水深间隔,N.pachyderma(sin.)壳体较轻的?18O值(2.11‰)应与海冰冻结时析出的轻同位素卤水有关,而水深50~100 m处较重的?18O值(1.68‰~2.68‰,平均2.27‰)可能是受表层海冰融化形成的含较重氧同位素的低盐水影响.     

南海南部12 Ma以来的蛋白石堆积速率与古生产力变化

对南海南部大洋钻探1143站463个样品中生物硅的检测发现，蛋白石含量及其堆积速率在晚中新世（12．3－5．7Ma)明显增加，与总堆积速率及碳酸堆积速率的变化一致，反映了较高的生物生产力，从而证实了晚中新世南海南部发生了一次“生物勃发事件（biogenic bloom event)”，与印度洋－太平洋海区的“生物勃发事件”相。中更新世（约0．7MPa )以来蛋白石含量及其堆积速率的明显增加， 可能与“中更新世革命”事件之后季风环流的增强所造成的上升流和营养供应增加有关。     

南海南部近百万年来钙质超微化石氧、碳同位素记录

对南海南部ODP1143站近百万年来钙质超微化石进行了氧，碳同位素分析，结果表明，超微化石δ^18O比值与浮游有孔虫和底栖有孔虫δ^18O比值呈同步变化，但超微化石δ18^18O值较浮游有孔虫δ^18O值平均高1.869‰，比底栖有孔虫δ^18O值平均低3.855‰，超微化石δ^13C值与浮游有孔虫和底栖有孔虫δ^13C值之间相关性不明显，三者存在系统差异，超微化石δ^13 C值要比底栖有孔虫δ^13C值平均高0.76‰，比浮游有孔虫δ^13C值低0.460‰。在氧同位素14-8期之间，超微化石δ^13C值有一明显的高值段，另外，本次研究还发现超微化石δ^13C值变化与Florisphaera profunda百分含量有很好的对应关系，指示超微化石δ^13C值可以作为表层海水古生产力变化的标志。     

末次冰消期南海南部的普林虫低值事件

通过对中法合作“马可•波罗”航次在南海南部陆坡采集的MD 05-2894柱状样(7°2.25′N, 111°33.11′E, 水深1982 m)进行浮游有孔虫定量分析, 结果表明, 末次冰消期距今16.0~14.9 cal ka BP之间, 浮游有孔虫Pulleniatina obliquiloculata(斜室普林虫)的丰度急剧降低至几乎为零. 这次普林虫低值事件在南海南部普遍存在, 发生时间介于17.0~14.8 cal ka BP之间, 可以作为地层划分对比的良好标志. 对浮游有孔虫表层种Globigerinoides和次表层种P.obliquiloculat的壳体进行Mg/Ca比值分析, 再造表层和次表层海水的温度, 进一步揭示末次冰消期普林虫低值事件时, 表层海水的温度变化不大, 而次表层海水的温度明显下降~2℃, 使得温跃层深度随之变浅. 这次普林虫低值事件在时间上相当于H1的气候变冷事件, 反映了南海南部热带海区上部水体垂向结构的巨大变化, 为研究末次冰消期变暖过程中的快速气候变化提供了重要依据.     

南海南部1.2 MaBP以来古生态环境变化事件的放射虫记录

研究了南海南部ODP184航次1143站约1.2MaBP以来岩芯中的放射虫化石，通过分析其变化趋势得出以下沉积分布特征：1.2MaBP以来该海区放射虫动物群的丰度水平经历了由0.9MaBP以前的析低水平，到0.9～0.6MaBP的小幅度升高，以及0.65Ma之后大幅显著回升的变化过程，丰度值在整个过程中呈阶段性逐步上升趋势，并存在规律性周期波动，分析认为，0.65MaBP以后放射虫丰度的显著升高指示0.65MaBP以后该海区属典型的上升流区，推测其原因为东亚季风的逐步强化，频谱分析发现，放射虫指标的变化在0.9MaBP之后存在约0.20Ma的旋回周期，同本海区其他古海洋学指标的周期分析结果有良好对应，这一结果可能指示本海区特殊的古生态环境周期演变特征，同时，对0.1Ma和23ka的轨道周期也有所响应，此外，放射虫的多项指标综合显示了大约0.47MaBP存在的明显变化界线，在此年代之后放射虫动物群开始显现显著的群落结构稳定，丰富值保持较高水平波动的状况，指示了0.47MaBP前后一次海洋生态环境突变事件。     

中更新世气候转型:特征、机制和展望

中更新世转型(mid-Pleistocene transition,MPT)的特征、机理及其影响一直是古气候研究的热点问题之一.通过综合分析全球代表性的地质记录,揭示出海洋和陆地气候变化在中更新世(距今~1.2至~0.7 Ma)多表现为从准4万年到准10万年的主导周期转型,但低纬地区水文气候的周期变化不显著.数值模拟研究表明,地球轨道参数变动引起的太阳辐射变化可能是冰期-间冰期气候旋回的根本驱动,而下垫面和大气CO2浓度变化的反馈机制则触发了中更新世气候周期转型并放大冰期-间冰期的波动.因此,MPT是地球气候系统内外部多个因素共同作用的结果.未来研究一方面应加强中低纬地区水文循环变化研究,关注中更新世气候转型影响的区域差异;另一方面通过整合气候重建和模拟结果,辨析区域气候变化响应差异的主要诱因.     

南海中更新世以来的碳酸盐溶解作用变化与深水古海洋学特征

研究发现位于南沙海区溶跃面之上的17957－2柱状样碳酸盐溶解作用的变化。在近0．8Ma以来CaCO3含量存在冰期高、间冰期低的“太平洋型”碳酸盐旋回，数次碳酸盐强溶解作用均发生在间冰期向冰期的转折期。频谱分析结果显示，南海长时间尺度的碳酸盐旋回以近500ka和近100ka等周期为主。与印度洋深海沉积物的粗组分综合指数及浮游有孔虫保存状况变化对比，南海碳酸盐旋回近500ka的周期可能反映了长时间尺度上大洋深水循环的特征。     

珠江口盆地晚始新世浮游有孔虫的发现及其地质意义

根据首次在南海珠江口盆地最南端的ＢＹ７－１－１井中发现的晚始新世和早，中浙新世浮游有孔虫石化石组合，认为恩平组的地质时代为晚始新世－早渐新世，最低海相层位至少可以亿溯到晚始新世。     

台湾新生代层序:反映南海张裂,层序和古海洋变化机制

ODP1148站位记录南海32Ma以来深海层序、沉积、古气候和古海洋变化记录.由于板块聚合,台湾新生代造山带出露原来沉积在南海北坡浅海的层序,提供南海浅海地质记录,以进行和ODP1148深海记录比较.地震反射及微体古生物研究表明台湾造山带古近系是在断陷盆地内沉积的同张裂层序,并为晚渐新世-新近纪后张裂层序不整合覆盖.两者间破裂不整合面缺失晚始新世-早渐新世的地层记录,可对比珠江口盆地T7不整合面,推论南海海洋地壳开始形成时间可能在33～39Ma间.西部麓山带并未发现如ODP1148深海岩心于渐新世/中新世界面附近记录的地层缺失或沉积崩滑现象,显示此沉积事件可能仅影响南海的深海区,而不及浅海陆棚区.南海在中中新世发生的古海洋重组,在台湾浅海区层序则显示在沉积及化石组合的改变.在沉积方面自中中新世上陆坡相沉积改变为晚中新世海滨-沼泽相沉积.在化石组合方面底栖有孔虫丰度自15Ma迅速减少,台湾原生特征种底栖有孔虫在14～13Ma绝灭,12.9～10.2Ma间完全缺乏海相化石,一直到10.2Ma出现现代黑潮陆棚生物组合.此化石组合改变推论可能因12～8Ma时澳大利亚大陆与印度尼西亚火山岛弧俯冲-碰撞,关闭了太平洋-印度洋穿越流路径,强化了北太平洋西边界流.自中中新世南海海洋岩石圈向东俯冲于菲律宾海板块之下,形成增生楔与火山岛弧,台湾造山带增生楔-岛弧的造山演化直接控制南海与西太平洋水团的交换及南海半封闭下古海洋底栖有孔虫氧碳同位素值的变化记录,尤其在下列构造演化事件特别明显:15～8Ma时增生楔形成及火山岛弧喷发活动;6.5Ma时增生楔开始出露;北吕宋火山岛弧3个火山岛间闸口于3.5,～1,及0Ma关闭.这些事件发生时南海深海底栖有孔虫碳同位素值呈明显负偏移.     

南海晚第四纪上升流区海水上层水体结构的变化

对南海东、西两侧两个柱状样（17928，17954）浮游有孔虫的定量分析，采用浮游有孔虫转换函数，计算得到两区近200ka来表层海水温度和温跃层的变化历史。吕宋岛西北部（17928柱状样），冰期表层海水低温、浅温跃层；南海西部（17954柱状样）却在间冰期时出现表层海水低温、浅温跃层的状况。两区温度、温跃层的这种变化为上升流所致，而上升流的强、弱变化又与东亚季风的演化相联系。根据现代东亚冬、夏季风分别在东、西两侧引起上升流的规律，可推断冰期时冬季风加强，间冰期时夏季风加强。     

南海放射虫与初级生产力的古海洋学转换关系

根据南海４６个调查站位的表层沉积物中放射虫群和上覆水体中初级生产力的分析测试结果,采用主分量因子分析与多元线性和非线性回归分析相结合的方法,初步探讨并建立了南海放射虫组合因子与初级生产力的转换函数。结果表明：南海放射虫组合与初级生产力的非线性转换函数公式具有较好的参数指标,其中因子分析的方差累计总贡献为８３．６％,共同度均大于０．９４０３４７;回归分析中的复相关系数为０．８４８８８,解释方差累计总     

南海20万年来的碳同位素记录

根据南海8个站位浮游有孔虫δ¹³C的汇总, 得出近20万年来的综合曲线, 经过对比发现其变化与太平洋和大西洋的浮游有孔虫δ¹³C变化的规律一致, 均显示出偏心率长周期和岁差周期的变化, 而三次δ¹³C最低值均发生在冰消期. 可见大洋碳储库在冰期旋回中的变化, 不仅是对于冰盖消长的响应, 同时又直接受低纬过程(如季风)的驱动.     

南海北部HY4-901孔氧同位素与古气候研究

近20多年来,随着古海洋学研究的深入和氧同位素分馏机理方面的探讨,人们对海洋沉积岩芯中浮游有孔虫样品δ~(18)O变化的控制因素,有比较清楚的认识,其变化主要取决于当时海水的δ~(18)O和表层水温的变化.HY4-901柱状样位于南海北部陆坡18°49′N113°28′E,水深1120m..l 沉积特征该柱状剖面沉积连续,粒度均匀,颜色也较均一.以粉砂质粘土为主,少量粘土质粉砂,未见非正常沉积,富含浮游有孔虫、钙质超微化,硅藻、放射虫也较丰富,为典型的上陆坡沉积.2 分析方法及稳定同位素特征本柱状样长250cm,其中0～100cm段,按1cm连续取样;10～250cm段,按2cm取样,共取175个样品作碳、氧稳定同位素分析.样品先用0.063mm孔径的筛进行冲洗之后进行有孔虫鉴定,并挑选其中个体大小接近的袋拟抱球虫作稳定同位素测定.样品在甲醇中用超声波清洗后,放在小玻璃舟内压碎,放入350℃炉内烘烤去除有机质,在0,5Pa的真空条件下与无水磷酸反应生成二氧化碳,去水后,通入质谱进行测定.     

1993～1995年南海中部的硅质生物通量及其季节性变化:季风气候和El Nio的响应

南海中部放射虫与硅藻通量的季节性变化受到季风气候的控制．放射虫与硅藻在季风盛行期增加，在季风转变期减少．季风驱动的海流变化，促进不同海区的海水流动，为海洋表层生物带来了丰富的营养物质，从而促进了放射虫与硅藻通量的增加．放射虫通量与有机碳通量、表层初级生产力和表层输出生产力的变化一致．高的放射虫通量对应于高的表层初级生产力．１９９４～１９９５年放射虫与硅藻通量的突然增加与这个时期发生的 ＥＩ Ｎｉｎｏ事件有关．     

南海西部45万年来的表层水温变化

应用分子化石长链烯酮的不饱和度, 在南海西部取得了45万年以来表层水温的变化记录, 分辨率约1 ka, 是南海迄今为止时间最长的高分辨率温度剖面. 结果表明U3k′7-SST与有孔虫氧同位素一样显示出冰期旋回的特征, 冰期、间冰期表层水温的变化范围分别为23~25.5℃和25~28℃, 最高温为MIS5.5时期的28.4℃, 最低温为MIS2时期的22.6℃. 5次冰期旋回转换期中温度变化都超前于有孔虫氧同位素, 与南北半球温度变化记录对比显示南海的温度变化模式与南半球相似. 频谱分析中强烈的岁差及半岁差周期显示了明显的热带区域特征.     

晚上新世南海北部底栖有孔虫Bulimina alazanensis含量变化及其原因探讨

南海北部大洋钻探184航次1146站晚上新世以来的研究发现, 底栖有孔虫Bulimina alazanensis 的含量3.2～2.0 Ma BP逐渐减少, 并在2.1 Ma BP前后发生锐减, 其变化幅度达90%. 其他底栖有孔虫属种如Globobulimina subglobosa和Cibicidoides wuellerstorfi的含量则是在2.1 Ma BP之前较低, 而2.1 Ma BP之后增加. 对比浮游、底栖有孔虫的氧、碳同位素变化, 发现 B. alazanensis 的含量变化与氧、碳同位素的波动相对应: 当氧同位素值较轻, 即暖期时, 该种的含量处于峰值; 而当氧同位素值变重时, 该种含量也降低. 与碳同位素变化对比, 该种的高峰值分别与底栖有孔虫碳同位素的高值、浮游有孔虫碳同位素的低值对应. 结合北极冰盖扩张、东亚冬季风加强、表层生产力增加等诸多因素, 认为晚上新世由巴士海峡进入南海的深层水由较暖、溶解氧含量较高的西太平洋深层水团, 在2.1 Ma BP前后, 变为溶解氧含量较低的中层水团, 同时随着北极冰盖的扩张, 东亚季风的加强, 南海表层海水生产力增 加, 底层海水逐渐富营养且缺氧, 逐渐对B. alazanensis的生产形成压力, 导致该种自3.2 Ma BP开始含量逐渐降低, 并在2.1 Ma BP前后达到最低.     

冲绳海槽南部海洋环境改变的地质记录

冲绳海槽E017孔岩芯的粒度、沉积速率、地球化学、矿物、有孔虫黑潮标志种、底栖有孔虫群落、浮游有孔虫古水温和碳酸盐溶解等指标的变化, 一致表明了冲绳海槽南部在10.1~9.2 kaBP(cal)前后区域海洋环境经历了一次大的改变, 可能对应了黑潮的加强, 并再次经台湾东北部海域进入冲绳海槽. 研究表明黑潮的重新入侵经历了一个由弱渐强的过程, 并在最近约5 kaBP(cal)以来黑潮的强弱变化变得更加波动. 浮游和底栖有孔虫的群落变化相对于沉积物粒度、地球化学和矿物指标的变化有大约0.9 ka的滞后, 可能表明了黑潮的入侵及其引起的表层和深层水环境的变化是一个渐变的过程, 生物群落变化相对环境变化有较明显的滞后. 由于黑潮的重新入侵引起了底层水化学环境的变化, 冲绳海槽的碳酸盐溶解作用在近9.2 kaBP(cal)来显著加强, 并在最近3 kaBP(cal)以来碳酸盐溶解强度变至最大.     

中太平洋西部L_(2011)岩心氧同位素地层学研究

大洋沉积物中有孔虫壳的氧同位素提供了迄今所知最精确的更新世气候资料,它全面革新了人们对第四纪气候冷暖变化(冰期-间冰期)的固有传统观念,成为其他地层划分的检验标准。鉴于第四纪气候演化对人类生存和地质环境的影响,已形成了以研究深海大洋沉积岩心为主要对象的氧同位素地层学。     

南海ODP 1143站第四纪高分辨率的蛋白石记录及其古生产力意义

南海南部ODP 1143站位第四纪以来的蛋白石含量及其堆积速率与底栖有孔虫氧同位素记录的对比显示, 900 ka以来蛋白石含量及其堆积速率在间冰期明显增加, 而冰期降低, 反映了间冰期高的表层生产力, 可能是由于间冰期夏季风的加强, 从而导致了上升流的增强和营养提供的增加. 底栖有孔虫氧同位素记录与蛋白石含量及其堆积速率的时间序列频谱分析结果表明, 900 ka以来南海南部表层生产力变化主要受地球轨道周期的驱动.     

冲绳海槽末次冰消期浮游有孔虫δ 13C的宽幅低值事件

赤道太平洋上升流区是影响全球冰期-间冰期CO2循环的重要区域.为验证末次冰消期热带低纬度太平洋表层水的δ13C宽幅低值事件的影响范围,对取自冲绳海槽中部的DGKS9603孔浮游有孔虫N.dutertrei和 G。ruberδ13C记录进行了分析.该孔浮游有孔虫δ13C记录表明在20～6 kaBP（cal）期间出现明显的变轻事件,年代跨度较大,约为14 ka,最大变幅为0.4 × 10-3,最轻值出现在15.7kaBP（cal）左右,与识别于热带太平洋及其边缘海的表层水δ13C低值事件具有非常好的可比性.由于浮游有孔虫特征属种分布特征和δ18O记录没有上升流作用及河流注入加强的证据,因此该孔所记录的浮游有孔虫δ13C的宽幅低值事件很可能是受到热带太平洋末次冰消期表层水的影响所致.该事件在冲绳海槽的识别为热带太平洋低纬度海区的水体演化在影响大区域乃至全球碳循环变化过程中所发挥的重要作用提供了新的证据.