更新世南海南部上层海水结构变化的岁差驱动

ODP1143站浮游有孔虫次表层种Pulleniatina obliquiloculata与表层种Globigerinoides ruber的δ18O差值( Δδ18O(P-G))和δ13C的差值( Δδ13C(P-G))揭示了1.56?Ma以来南海南部温跃层和营养跃层冰期、间冰期的变化规律.有孔虫同位素差值与地球轨道参数ETP的交叉频谱揭示出岁差周期与更新世南海南部上层海水结构(温跃层和营养跃层)变化周期的相关性.在1143站Δδ18O(P-G)和Δδ13C(P-G)记录中也发现了丰富的半岁差周期.由于南海上层海水结构与东亚季风关系密切,岁差作为外部驱动力应对更新世东亚季风的变化产生重大影响.     

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。     

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。     

南海中更新世微玻陨石事件的年龄估算:海陆对比复杂性的一个例证

研究证实了中更新世微玻陨石层位于布容／松山（B／M）界线之下，并根据南海ODP772A，17957和17979柱状样同位素和古地磁资料推算的沉积速率，计算出深海中更新世微波陨石层的年龄早于B／M界线，约为10－12ka，而黄土剖面中的中更新世微玻陨石层却位于B／M实测界线之上，这是由于黄土中的B／M实测界线已向下偏离其真实位置所造成，反映了古地磁极性事件在黄土剖面中记录的复杂性，同时增加了海－陆地层对比的难度。     

南海中更新世微玻陨石事件的年龄估算:海陆对比复杂性的一个例证

研究证实了中更新世微玻陨石层位于布容/松山(B/M)界线之下, 并根据南海ODP772A, 17957和17959柱状样同位素和古地磁资料推算的沉积速率, 计算出深海中更新世微玻陨石层的年龄早于B/M界线, 约为10～12 ka. 而黄土剖面中的中更新世微玻陨石层却位于B/M实测界线之上, 这是由于黄土中的B/M实测界线已向下偏离其真实位置所造成, 反映了古地磁极性事件在黄土剖面中记录的复杂性, 同时也增加了海-陆地层对比的难度.     

南大西洋深水渐新世初大冰期事件

新生代地球表面从两极无冰的“温室地球”变为现今两极终年有冰的“冰室地球”, 最重大的降温事件是发生在距今约33.7 Ma始新世/渐新世界线附近的渐新世初大冰期事件(EOGM). 南大西洋深水大洋钻探计划(ODP)第208航次1262站和1265站35~30 Ma期间的浮游和底栖有孔虫氧碳同位素、碳酸钙和粗组分含量, 结合颜色反射率和磁化率的高分辨率记录, 揭示出表层和深水都发生了这一全球降温事件. 分析表明, 氧同位素在渐新世初33.5~33.1 Ma记录的EOGM事件代表了南极东部冰盖的规模, 表示当时世界海水的表层和深部水温大幅度降低. 碳同位素δ ¹³C在EOGM事件期间发生很大的正偏移, 说明全球碳储库发生重要转型, 可能反映有机碳埋藏速率突然增加或生产力的分布发生时空变化. 同时, 岩性组成、碳酸钙含量、颜色反射率和粗组分在始新世/渐新世界线附近都发生了重要变化, 反映当时碳酸盐补偿深度(CCD)突然快速变深. 由颜色反射率揭示出的碳酸钙含量变化具有100和400 ka的地球轨道偏心率长周期, 进一步显示早渐新世全球气候变化的轨道驱动机制.     

早更新世赤道太平洋上部水体结构的东西向不对称格局的形成

选取大洋钻探ODP 130 航次在西太平洋暖池钻取的807 站A 孔上段43 m 岩芯样品为研究材料, 进行浮游有孔虫表层水种、次表层水种的氧、碳稳定同位素分析, 并与赤道东太平洋ODP 851 站的记录比较, 揭示了赤道太平洋海区距今2.5 Ma 以来上部水体的古海洋变迁. 研究发现, 早更新世1.6~1.4 Ma 时, 赤道东、西太平洋表层水和次表层水的氧同位素都发生明显的分异, 进一步证实赤道太平洋类似于现代的东-西向温度梯度(表层水温西高东低)和上部水体温跃层西深东浅的不对称格局在当时最终形成. 由于次表层水的氧同位素东-西向梯度变化大于表层水的, 说明赤道东、西太平洋这种不对称格局的形成应该与东太平洋温跃层变浅、次表层水显著降温关系更为密切. 此外, ~1.6 Ma 之后, 赤道太平洋表层水和次表层水的碳同位素差异明显变小, 且其偏心率长周期也从400 ka 变为~500 ka, 反映了大洋碳储库的改组, 可能与这一时期南大洋深部水的改组及其对热带太平洋(特别是次表层海水)的影响加剧有关, 说明热带系统可以在全球气候变化中起重要作用     

探索大洋碳储库的演变周期

南沙深海钻孔ODP1143井的5 Ma沉积记录, 揭示出碳同位素变化有0.4~0.5 Ma长周期, 并通过对比证明为全大洋所共有, 反映了大洋碳储库的低频变化. 此类周期性也见于碳酸盐和热带风尘沉积, 说明是由季风等低纬区过程所引起. 无论1143井或其他大洋的第四纪记录, 都表明碳同位素重值期(δ¹³C_max)所反映的大洋碳储库改组, 发生在冰盖大扩张和冰期旋回变型(如“中更新世革命”、“中布容事件”)之前, 证明了碳循环对于冰期变化的调控作用. 可见第四纪冰期旋回应当是高纬与低纬过程, 物理作用(冰盖)和生物地球化学作用(碳循环)相互结合下“双重驱动”的产物, 不能只靠北半球高纬区响应轨道驱动的物理因素来解释. 由于当前地球正处在又一次碳同位素重值期, 理解大洋碳储库的周期演变及其气候影响实属当务之急. 文中还对第四纪以前大洋碳、氧同位素的变化进行比较, 发现在0.4 Ma偏心率长周期上两者同步变化, 随着北极冰盖的发育才失去耦合关系.     

南海三千万年的深海记录

1999年春, 大洋钻探184航次在南海南北6个深水站位钻井17口, 取芯5500 m, 通过30余种实验项目共6万多次分析, 取得了重要成果. 文中着重介绍深海地层剖面的建立和气候周期的演变. 184航次在南海建立起西太平洋区最佳深海地层剖面, 包括在东沙附近建成全球惟一不经拼接的23 Ma同位素连续剖面, 在南沙海区建成全球分辨率最高的4个5 Ma剖面之一, 并获得分辨率高达10年等级的岩石物理剖面, 第1次为亚太地区的环境演变获得了系统的高质量海洋记录. 在此基础上, 第1次探讨了两千多万年以来气候周期性的演变, 展示出0.1, 0.4和2 Ma等偏心率周期的起伏, 说明气候系统对轨道驱动的响应随着冰盖的增长而演变. 该航次有关碳循环和季风演变等方面的研究进展, 将有另两篇文章专题报道.     

南海表层沉积中有孔虫壳体的碳同位素研究及其意义

对南海40个站位表层沉积中112个有孔虫样品的稳定同位素分析结果表明, δ¹³C值和不同属种间的同位素差值在东北和南部存在的两个低值区, 与研究区及周边的营养分布格局相关, 可能反映东北季风和西南季风对南海水流以及海水化学成分的影响. 季风一方面为南海上层水体带来丰富的营养, 另一方面也减少了上下水层之间的差异. 这种影响在南北两端最为明显, 向中部逐渐减弱. 碳同位素在南海表层沉积中的分布格局是东亚季风的反映.