南海深海相渐新统孢粉记录

大洋钻探184航次从南海取得了距今32.8 Ma以来的深海沉积记录, 其中的渐新世(32.8~23.8 Ma)沉积包含丰富的孢粉化石. 1148站孢粉分析建立了中国首例深海相渐新统孢粉组合序列. 孢粉组合以山地针叶树花粉为优势组分, 阔叶树花粉含量较低. 二者均以热带、亚热带植物分子为主, 但也含山地喜凉、干植物分子. 南海深海相渐新统孢粉组合序列在距今32.0 Ma显示明显的变化, 反映了南海地区渐新世气候的一次重大转折. 孢粉植物群特征表明32.0 Ma以前南海邻近陆地的植被以热带山地雨林和低地雨林为主, 南海地区具热而湿润的气候条件; 32.0 Ma以后的渐新世孢粉植物群中温带高山针叶树和山地喜温干落叶阔叶树增多, 表明此后南海地区的气候变得较为凉干.     

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.     

大洋钻探计划(ODP)的最新报道

本刊讯　据王品先院士4月7来电:大洋钻探计划(ＯＤＰ)184航次的研究人员在位于我国南海北部较低陆坡(1884°Ｎ,11657°Ｅ;水深约3300ｍ)的1148井位刚刚打完钻孔海底700ｍ深处的钻孔底部到达早渐新世,而且孔内岩芯都是深海沉积他们已获得我国南海32Ｍａ的历史记录据地球物理学家讲,我国南海深海盆地在32～16Ｍａ前是由于海底扩张而形成的1148Ａ井位的沉积序列涉及了全部时间段,肯定已记录了海底扩张的过程的确,研究人员已获得渐新世剖面的很高沉积速率在中新世,大陆侵蚀引起相当长一段时间物源减少,沉积速率从2～3Ｍａ前再次升高在渐新世中新…     

追踪边缘海的生命史:“南海深部计划”的科学目标

国家自然科学基金重大研究计划"南海深部过程演变"简称"南海深部计划",于2011年年初启动,是我国海洋科学第一个大规模的基础研究项目.它以"构建边缘海的生命史"为主题,从现代过程和地质记录入手,解剖一个边缘海的发育史,从深海盆演化、深海沉积、生物地球化学过程3方面开展研究.在海盆演化方面,要利用现代技术重新测定南海磁异常条带,探测深部结构,争取钻探大洋壳,系统研究火山链;在深海沉积方面,要观测现代深部海流和海底沉积过程,实现深海过程研究的古今衔接,从深海沉积中提取边缘海古海洋学演变的信息;在生物地球化学方面,采用包括深潜探测在内的各种手段,认识海底溢出流体与井下流体的分布与影响,揭示微型生物在深海碳循环中的作用.与开放大洋和其他边缘海相比,南海具有研究海盆生命史的一系列优势;同时,南海的研究还将为理解亚洲和太平洋相互作用的变化提供无可替代的重要信息.     

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.     

中国第四纪深海孢粉研究进展

简述了中国深海孢粉学研究自20世纪90年代开端至今短短十几年中的研究进展, 在这10余年中深海孢粉学成果主要出自南海和东海. 中国所申请和主持的大洋钻探(ODP)184航次为南海深海孢粉研究提供了绝佳的材料. 到目前为止已有数个三四万年至百万年不等的孢粉成果, 东海的冲绳海槽也有一二万年的记录. 深海沉积有较好的连续性, 沉积速率高, 加以比较详细的同位素测年, 因此这些孢粉记录都有很好的分辨率, 为孢粉源区(中国大陆南部及日本等地)提供时间分辨率为百年至千余年不等的万年至百万年的植被、环境及季风演化的历史. 频谱分析发现植被演化也具有地球轨道尺度(100, 41, 23和±10 ka)及亚轨道尺度(Heinrich及Dansgaard/Oscheger事件)的周期变化. 交叉频谱分析还发现百万年以来南海北部植被演化的主要框架是受北半球冰量变化控制的. 冲绳海槽近20 ka以来孢粉记录显示海洋环境变化滞后于周边陆地植被, 其原因可能是大洋中温盐环流传送时间差引起的. 由此可以看到深海孢粉研究在海陆对比中的桥梁作用.     

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.     

近1.8 Ma以来东亚季风演化与青藏高原隆升关系的南海沉积物常量元素记录

东亚季风演化和青藏高原隆升的关系在全球变化研究中备受关注.南海ODP184航次取得的沉积岩芯为研究长时间尺度的东亚季风演化提供了理想样品.ODP1146站上部185mcd(1.81Ma)细粒(4μm)无碳酸盐沉积物的常量元素R型因子结果分析表明,常量元素Ti,TFe2O3,MgO,K2O,P,CaO,Al2O3代表了陆源因子,其得分变化受陆源区的化学侵蚀强度的制约,进而能够指示东亚夏季风演化.陆源因子得分分别在~1.3,~0.9和~0.6Ma时呈现阶段式减小,反映了1.8Ma以来东亚夏季风阶段式减弱受第四纪青藏高原整体、阶段式、快速隆升的制约;而~0.6Ma以来陆源因子得分周期性的振荡变化则反映了东亚季风演化自此进入受冰期-间冰期旋回制约的主旋律.与黄土高原记录的东亚季风演化一样,中国南海沉积物记录的长时序东亚季风演化也体现了青藏高原隆升和冰期-间冰期旋回的复合制约.     

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.     

1986年南海季风海-气界面热量交换

为探索南海与季风相互作用, 用观测资料, 计算了1986年南海季风海气界面热量交换值. 结果: 南海夏季风爆发及其控制南海时, 位于(20.49°N, 114.14°E)附近海域, 在热带辐合带和热带气旋系统内, 海气界面热量交换强烈, 潜热迅速跃升, 1986年5月23日在台风系统内, 感热出现正值, 海洋向大气输送热量是主要现象, 主要贡献来自潜热. 夏季风控制南海天气晴好时, 海面温度虽然较高, 感热却出现负值, 大气向海洋输送热量是主要现象, 主要贡献来自海面吸收的短波辐射和感热, 结果与闫俊岳等的不同. 夏季风结束后, 南海受东北季风控制时, 海气界面热量交换非常强烈, 南海对大气加热是主要现象, 主要贡献来自潜热, 冷空气到达海面时, 感热量值迅速跃升均为正值. 结论: 南海海气界面热量交换的变化与海面温度变化趋势不一致, 季风控制南海时, 南海对夏季风响应为主.     

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。     

晚冰期以来神农架大九湖泥炭高分辨率气候变化的地球化学记录研究

10个AMS14C年龄数据表明,神农架大九湖297cm的泥炭沉积剖面约为16kaBP(14C年龄为13.3kaBP)以来的沉积.多地球化学指标分析揭示出,研究区域16kaBP以来的气候特点如下:(1)晚冰期阶段气候冷湿而不稳定,12.6～11.4kaBP应是新仙女木时期的沉积,15.2～12.6kaBP(cal)为博令-阿勒罗德暖期,16～15.2kaBP为最老仙女木时期.(2)早全新世总体上继承了晚冰期气候特点,较为冷湿,其中在10.6kaBP(cal)前后出现较显著的干旱事件.(3)中全新世总体很温暖湿润.其中9.2～7.5kaBP是逐步升温的过程,降水相对较少,在全球具有代表意义的8.2kaBP前后的降温事件反映较明显,6.7～4.2kaBP期间各种替代指标相对稳定,是中全新世水热配置的最适宜期.(4)在4.2kaBP前后发生的中晚全新世的季风衰退事件,表现为气候由温暖湿润快速转向凉干,可能导致了本区新石器文化的崩溃并催生了夏代文明.约0.9kaBP前后转为较凉湿的气候.大九湖泥炭记录的气候和环境演变信息具有全球性变化特点,可以与东亚季风区的同类沉积剖面进行对比,反映了"末次冰期后,季风快速加强,早全新世季风强盛、随后季风衰退,中全新世季风变弱,气候变干"的季风气候变化模式.分析认为,其变化的驱动机制可能是太阳辐射在中纬度东亚季风区的特定响应.     

东亚季风演变与对流层准两年振荡

对流层准两年振荡(TBO)是20世纪80年代后期揭示出的新现象, 其机理尚未完全搞清楚. 用ECMWF逐日格点再分析资料(1961~2000年)以东亚季风为研究对象, 首先选取对东亚冬季风和夏季风都具有一定表征能力的区域, 根据风场(东北-西南向风速)定义了一个冬、夏季统一的通用东亚季风指数(EAMI), 它既可描写东亚冬季风, 也可以描写东亚夏季风, 还能反映东亚冬季风和东亚夏季风之间的转换特征. 进一步分析发现, 东亚冬季风和东亚夏季风的变化之间有很好的联系. 一般, 强东亚冬季风活动有利于其后东亚夏季风偏强; 反之, 弱东亚冬季风活动则有利于其后东亚夏季风偏弱. 但是, 强(弱)东亚夏季风活动却有利于其后东亚冬季风偏弱(强). 因此, 东亚季风异常的这种循环变化特征, 也就是东亚夏季风与东亚冬季风的相互作用可以认为是导致东亚地区出现TBO的一个重要机制.     

末次盛冰期以来菲律宾南部气候变化的孢粉记录

通过对位于西太平洋暖池区的菲律宾南部深海钻孔MD06-3075 上半部分的孢粉分析,结合氧同位素记录, 得知冰盛期时由于温度的下降, 该区热带高山雨林向低海拔地区下移, 在深海沉积中记录到了这一类型花粉的增加; 而到全新世时植被类型以热带低地雨林为主, 并且红树林广泛发育. 红树林和高山雨林的变化, 分别指示了海平面的上升和温度的增加, 而其他的草本、蕨类等变化则显示冰盛期时湿度比现在要略干. 在全新世中后期红树林明显退缩表明全新世时期气候发生变化, 主要表现为影响红树林发育的河流径流量有所下降, 同时喜湿且主要依靠河流搬运的蕨类孢子减少, 也说明河流径流量下降. 这些变化可能是受东亚季风强弱变化控制的结果, 也可能和ENSO 的变化有关联.     

东亚季风气候的历史与变率

东亚季风的变迁可视为太阳辐射条件下, 全球大气、海洋、陆地和冰系统相互作用在东亚地区的表现. 干冷冬季风和暖湿夏季风优势期的相互交替反映了东亚季风的历史. 高分辨率的黄土高原风尘序列研究揭示了东亚季风至少自7.2 Ma前开始建立. 青藏高原的脉动对东亚季风变迁有重要影响, 数值模拟实验说明, 高原隆升对东亚冬季风的影响远大于对夏季风的影响. 末次冰期旋回气候记录显示了东亚季风气候千年或更短时间尺度的变率和不稳定性的特征. 北半球高纬冷空气活动、穿越赤道的气流和ENSO活动影响着东亚季风气候的变率. 有必要加强高分辨率季风气候记录的年代学和古气候替代性指标的研究,将东亚季风环境整体系统置于全球变化框架中,研究各因子相互作用或相互耦合的过程, 以深入认识东亚古季风变迁的规律和变化机制.     

南海西部陆源沉积粒度组成的控制动力及其反映的东亚季风演化

通过对南海西部越南岸外MD05-2901孔的有孔虫氧同位素测定, 建立了450 ka以来高分辨率的年代地层. 结合沉积物的密度、孔隙率和陆源碎屑含量, 计算了陆源碎屑的堆积速率, 结果显示在间冰期时堆积速率的平均值为4.9~6.0 g/(cm²·ka), 高于冰期的1.9~5.0 g/(cm²·ka), 与发表过的南海南、北部冰期高于间冰期的特点明显不同. 对陆源沉积物的粒度分布进行主成分因子分析, 获得了两个主控因子F1和F2, 它们控制了陆源沉积近80%的粒度变化特征. 对F1敏感的1.26~2.66 μm%¹⁾和10.8~14.3 μm%呈现高频的波动, 和北半球低纬夏季太阳辐射量吻合很好, 显示23 ka的岁差周期和13 ka的半岁差周期. 对F2敏感的4.24~7.42 μm%和30.1~43.7 μm%, 则显示强烈的100 ka的偏心率周期. 本区的陆源沉积物来源于南海西南和北部2个地区, 在动力上则分别由夏季风和冬季风驱动的不同方向的洋流搬运. 研究认为, 晚第四纪以来东亚夏季风受控于低纬区的夏季日射量的变化, 而冬季风主要受高纬冰盖变化驱动, 呈冰期/间冰期旋回尺度的波动, 这反映了东亚季风演化的双重驱动机制.     

“东亚季风的若干问题”

本书首先綜合評述了以往国內外气象工作者对季风形成問題的論点和研究方法,闡述了研究季风的重要性的不同认識,并提出了作者对东亚季风的看法。季风是海陆分布、大气环流和地形等三种因素相互影响下的綜合現象。对于东亚来說,作者认为,海陆热力差异是季风形成最直接和最根本的原因;地形的作用,虽然对不同地区季风現象的地区特征有所影响,但这并不是形成东亚季风的根本原因;     

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.     

南海大洋钻探研究新进展

1999年2月18日至4月12日在南海成功实施的大洋钻探184航次曾创造了国际大洋钻探历史上的多项第一:　第一次在中国海进行大洋钻探;第一次按照中国科学家的　井位建议书打钻;第一次由中国科学家担任航次的首席科学家;船上科学家中第一次以中国科学家为主体.该航次共在南海6个深水站位钻孔17口,从水深2000～2300m的海底钻入地层,最深的一口钻孔深入海底以下850m,取得高质量的连续岩芯共计5500m. 南海大洋钻探184航次之后,国家自然科学基金重大项目“东亚古季风的海洋记录”于1999年7月立项,目的在于