12~1.6 Ma BP南海南部深海沉积物孢粉记录及其对全球变化的响应

通过南海南部ODP1143孔512~76 m层段深海沉积物的孢粉数量统计, 讨论了南海南部周边岛屿及大陆架上12~1.6 Ma BP时段孢粉组合和植被演替序列. 研究表明, 8.15 Ma前, 各类型孢粉沉积率很低; 8.15 Ma后, 孢粉沉积率急剧升高. 一方面, 是由于此时南海南部周边地区发生构造运动, 岛屿急剧上升, 导致了沉积物和孢粉沉积率升高; 另一方面, 在构造运动变化的大背景下, 孢粉沉积率的升高也与此时气候变冷, 季风增强有关. 2.63 Ma BP是另一个明显的界限, 在这之后, 花粉及蕨类孢子沉积率均明显增加, 主要与此时全球气候变冷有关. 孢粉沉积率变化的频谱分析表明, 12~3.0 Ma BP时段发现了2, 0.67和0.19~0.17 Ma的准周期; 3.0~1.6 Ma BP时段存在0.1 Ma和46.9 ka的地球轨道周期.     

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.     

末次冰期以来南海北部孢粉记录的植被演化及千年尺度气候事件

对南海北部大洋钻探ODP1144站(20°3.18′N, 117°25.14′E, 水深 2037 m)上部(0~31 m, 27~0 kaBP)共 180个孢粉样品进行了分析研究, 时间分辨率为150年/样. 孢粉谱的主要特征是全新世时松属花粉占优势, 末次冰期时草本植物花粉占优势, 但仍然有一定数量的热带亚热带植物花粉; 18kaBP前后热带亚热带植物花粉沉积率开始升高, 草本植物沉积率以及百分含量都开始迅速降低, 意味着此时气候开始变暖变湿润, 导致大陆甚至出露的大陆架上开始生长更多的热带亚热带植被以及温带植被, 而原来大陆架上广为发育的草地范围相应缩小, 表明冰期时南海北部出露的大陆架上除了占优势的草地, 仍然可能生长热带亚热带以及温带落叶植被. 这也进一步深化了我们之前对冰期时南海北部出露的大陆架上生长的植被的认识. 详细的对比表明, 孢粉组合的变化要早于氧同位素记录指示的海平面的变化, 表明中低纬度地区气候变暖早于高纬度极地冰盖的后退. 还讨论了孢粉组合反映的植被变化所记录的千年尺度的气候事件.     

南海演变与季风历史的深海证据

用深海记录中的地球化学、微体古生物和孢子花粉等多项指标, 获得了东亚季风演变历史, 揭示出近8, 3.2, 2.2和0.4 Ma等事件, 证明东亚和南亚季风的演变有十分相似的阶段性, 主要区别在于冬季风信号的强盛; 而南海南部季风变化的频谱, 显示出低纬海区的特色. 大洋钻探184航次还取得了南海演变的沉积证据, 发现深海相渐新统, 证明海盆扩张初期已经有深海存在; 渐新世晚期地层有4次间断, 并经历明显的成岩作用, 说明是该区最强烈的构造运动; 通过沉积类型和速率的对比, 发现今天南海南北沉积环境的强烈差异, 要到300多万年前方才出现.     

3.15～0.67Ma时段南海北部深海沉积物孢粉记录的植被演化及其对全球变化的响应

为了研究3Ma以来南海北部周边地区植被演化及其对全球气候变化的响应,本文选取南海北部ODP1145站深海沉积物进行研究,共分析213.62～91.9m层段(3.12～0.67Ma)608个孢粉样品.取样间隔为20cm,时间分辨率约为4.0ka.研究结果表明,1145站3.15～0.67Ma时段孢粉沉积率在2.58Ma和2.0～1.8Ma时的两次明显升高,与此时全球气候变冷,冬季风增强有关.2.58Ma以前,南海北部周边地区热带亚热带植物占优势,其中常绿栎属和阿丁枫属较多,热带山地针叶林相对发育,蕨类植物也相对较多;2.58Ma以后,温带植物增多,反映气候变冷,冬季风加强.对气候变化的周期性研究表明,热带亚热带植物更多的受低纬地区20ka岁差周期的影响,可能指示了夏季风的增减;花粉沉积率的变化反映了海平面变化的影响,与高纬度地区的"冰盖响应"有关,可能较多地反映了冬季风的强弱变化.     

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.     

南海北部地区百万年以来的天然火与气候:ODP1144孔深海沉积中的炭屑记录

通过南海北部陆坡ODP1144孔沉积柱状样的炭屑数量统计, 结合花粉资料讨论了南海北部大陆及大陆架上1 Ma以来天然火的历史及其与气候的关系. 研究表明, 炭屑的数量及大小与搬运距离有关; 搬运距离越短, 炭屑数量越多, 而粗粒炭屑与细粒炭屑的相对比值也越大. 冰期时(氧同位素偶数期)炭屑沉积率均很高, 粗粒炭屑与细粒炭屑比值较大; 间冰期时(氧同位素奇数期)炭屑沉积率相对较低, 粗粒炭屑与细粒炭屑比值较小. 这表明冰期时炭屑主要来源于出露的大陆架, 炭屑源区与沉积地点距离缩短; 间冰期时大陆架被淹没, 炭屑只能来源于南海北部周边大陆, 炭屑搬运距离增长. 整个钻孔剖面碳屑沉积速率变化规律表明在0.9, 0.47和0.13 Ma前后, 天然火发生强度都有明显增强, 表明这些时段气候发生明显变化, 可能与青藏高原的阶段性隆起有关. 频谱分析表明, 1 Ma以来碳屑沉积速率变化明存在99.1, 41 ka的轨道周期以及10 ka(12~8 ka)的半岁差周期. 半岁差周期的存在也反应了热带低纬过程对气候变化的影响.     

南海第四纪冰期旋回中的碳酸钙泵

碳酸钙的保存与溶解(即碳酸钙泵)通过其缓冲器效应控制着世界大洋的酸碱度, 进而可能对全球大气CO₂浓度的变化起着重要作用. 南海大洋钻探ODP 1143站2 Ma以来的碳酸钙分析, 提供探讨第四纪冰期旋回中碳酸钙泵作用的高分辨率记录. 统计研究结果表明, 南海第四纪冰期至间冰期过渡期, 碳酸钙堆积速率的最高值领先于δ ¹⁸O最轻值约3.6 ka; 而间冰期至冰期过渡期, 碳酸钙溶解程度最高值滞后于δ ¹⁸O最轻值约5.6 ka. 碳酸钙泵在冰期至间冰期过渡期向大气释放CO₂, 而在间冰期至冰期过渡期将大气CO ₂泵入深海. 碳酸钙泵的这种海水CO₃^2-浓度的调节功能, 直接控制全球大气CO₂的部分变化, 从而影响第四纪全球碳循环系统.     

南海第二次国际大洋钻探获得完整深海岩芯记录

<正>由中国科学家设计、建议、并主持的国际综合大洋发现计划(2013~2023)的第一个航次——IODP349航次,于2014年1月28日从香港起航,在南海进行了两个多月的科学钻探后,至3月30日在基隆靠港,顺利完成5个站位的取芯和2个站位的地球物理测井,钻探深度共4317 m,沉积岩取芯1503 m、基底玄武岩取芯近100 m,最大井深1008 m.航次首次获取了南海深海盆的岩芯记录,来自11个不同国家和地区的32位科学家同舟共济,初步完成大量的地质、     

黄土高原北部保德孢粉记录及早上新世夏季风强盛

黄土高原风尘红黏土序列是我国晚中新世-上新世重要的气候环境变化载体,对揭示该时期仍存在争论的季风演化及其驱动机制具有重要意义.通过对黄土高原北部保德上新世孢粉研究,发现其生态环境经历了5.6～4.4Ma温暖湿润的森林草原,4.4～3.5Ma温暖偏干的疏树草原,到3.5～3.05Ma干草原,3.05～2.8Ma森林草原的演变过程.与已发表的高原中南部记录进行时空对比,发现～3.5Ma之前乔木含量普遍较高且存在南北梯度变化,表明黄土高原早上新世处于强夏季风控制之下,对应全球冰量低值期,指示全球变化对东亚夏季风的驱动作用在那时已经存在.     

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.     

南海大洋二次钻探获多项新发现

正由中国科学家建议、设计并主持的"国际大洋发现计划"349航次(IODP349航次)日前画上句号。这是新十年(2013~2023)"国际大洋发现计划"的首航,也是中国第二次在南海实施大洋钻探。中国科学家上一次赴南海钻探,还是1999年。IODP349航次由美国深海钻探船"决心"号执行,2014年1月28日从中国香港起航,3月30日在中国台湾基隆港靠岸,历时62天。同济大学海洋地质国家重点实验室教授李春峰、美国伍兹霍尔海洋研究所研究员林间联合担任该航次首席科学家,共有13名中国科学家上船参与科考。     

晚渐新世中亚降温与干旱化

北太平洋钻孔、中亚干旱区外围和干旱区内部的风尘记录均显示,中亚干旱格局可能从渐新世末就已经形成.本文研究了天山北麓金沟河剖面晚渐新统安集海河组的介形虫化石,并结合石膏和前期的孢粉数据,重建了该地区晚渐新世的气候变化历史.结果显示,23.8Ma开始,介形虫优势种由     

南海北部深海沉积元素记录的氧同位素3期以来千年尺度快速气候波动

对南海北部MD05-2903岩芯进行的高分辨率元素含量测试发现,K/Ti值可较完整、细致地揭示出氧同位素3期(MIS 3)以来的千年尺度快速气候变化,应是目前从南海深海沉积中获得的该时期分辨率最高、千年尺度气候变化信号最强的古气候记录.与高纬极地冰芯及北半球中-低纬石笋氧同位素记录的对比发现,MD05-2903岩芯K/Ti值具有类似锯齿状的气候变化特征.粒度分析发现,K/Ti值与细端元粒度组分含量同步变化;矿物成分测试表明,富K的伊利石含量在K/Ti峰值处明显比低值处增高,含Ti重矿物的含量变化则相反.因此认为,在千年尺度上,K/Ti值反映了以伊利石为主的富K细粒风化矿物和含Ti重矿物在冰阶和间冰阶对南海北部的输入及沉积变化,而这受到了东亚季风变迁带来的降雨变化,以及随之引起的陆地母岩风化产物剥蚀程度及河流搬运能力变化的控制.     

晚渐新世-早中新世青藏高原隆升与东亚季风演化

晚渐新世-早中新世是东亚环境格局从行星风系气候格局向类似于现今的季风气候格局转变的关键时期。最新的地质证据表明,高原东北部在25～22 Ma发生了显著的构造抬升,与亚洲内陆荒漠和东亚季风系统起源的时间基本一致,支持气候模拟所揭示的东亚季风起源与青藏高原北部隆升的密切关系。     

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.