巢湖湖泊沉积记录的早-中全新世环境演化研究

采用AMS14C对岩芯的年代的精确测定与校正,以及孢粉、粒度等环境代用指标的分析和研究,提取早中全新世环境演变信息,重建了研究区9870～2170aBP(cal)期间的环境演变序列:(1)9870～6040aBP(cal)时期,气候在晚更新世干冷向温和干燥发展.在8910aBP(cal)左右,以及6060～6030aBP(cal)时期气候变干冷,湖面有缩小的波动变化现象;(2)6040～4860aBP(cal)时期,气候温和湿润但有波动较大的时段.在5840～5500aBP(cal),本区达到最盛的暖湿期,之后进入5375～4930aBP(cal)的Elm Decline事件期;(3)4860～2170aBP(cal)气候温度、湿度皆下降,是一个温和略干期.3760aBP(cal)出现一次干旱,2170aBP(cal)是巢湖全新世历史上干旱程度较高的一次,巢湖湖盆的局部地区可能出露水面以上.     

中全新世以来东亚冬季风的东海内陆架泥质沉积记录

对东海内陆架泥质区南部的MZ01孔进行了AMS14C定年,粒度、常量元素和黏土矿物分析,以敏感粒级、黏土矿物组合、元素组合为替代性指标揭示了中全新世以来泥质区的古环境演变过程.结果表明,9.71μm粒级平均粒径、化学蚀变指数(CIA)、蒙皂石/高岭石比值三者的变化趋势较为相似,可以识别出10次极值,可能主要由东亚冬季风的增强引起,分别对应于中全新世以来的同期降温事件,与格陵兰冰芯和敦德冰芯氧同位素记录有较好的对应关系,且在其他区域不同的材料中也能找到相应的降温证据,揭示了全球气候变化的区域性响应.由3种替代性指标进一步推测出中全新世以来研究区东亚冬季风演化过程大致可以分为4个阶段:8400～6300aBP为较强且波动期、6300～3800aBP为较弱且稳定期、3800～1400aBP为高波动期、1400aBP以来为稳定增强期.     

南黄海中部泥质区ZY2 孔6200 年以来的海表温度记录及黄海暖流变化的影响

利用长链烯酮不饱和比值(U₃₇^K′)重建了黄海暖流途经的南黄海中部泥质区ZY2 孔6.2 cal ka BP 以来的海水表层温度(SST). SST 变化范围为14.1~16.5℃, 平均15.6℃, 分为3 个阶 段: 6.2~5.9 cal ka BP 较高, 5.9~2.3 cal ka BP 较低且波动大, 2.3 cal ka BP 以来较高且较稳定. SST 的记录与黑潮强弱的变化相似, 对全球气候变冷事件有良好响应, 但各阶段的响应幅度 差异显著: 黑潮影响强盛期SST 对全球变冷事件响应弱, 黑潮影响衰弱期响应强. 响应幅度 差异与黄海暖流作为黑潮陆架支流和冬季风诱导的补偿流的调节机制有关, 黄海暖流带来的 暖水将缓冲气候变冷所引起的SST 降低, 黑潮和东亚冬季风二者均起重要作用. SST 的波动具有1482 a 的周期, 该周期在黑潮波动中以及格陵兰冰芯、北大西洋和阿拉伯海沉积物中同样存在, 显示了南黄海中部SST 变化与黑潮的对应性及中国东部陆架海洋环境对全球海洋环境变化的响应.     

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.     

中国东海北部晚全新世表层海水温度变化

采用长链烯酮不饱和度法(U k'37)构建了中国东海北部涡漩泥质区距今3600年以来海水表层温度(SST)高分辨率变化曲线, 结合对季风波动敏感的粒度组分变化曲线, 探讨了东海北部古海洋环境变化. 距今3600年来的环境演化可以划分为5个阶段: Ⅰ期降温阶段, 距今850年以来, 冬季风较强, 存在“小冰期”, 温度最大降幅2℃; Ⅱ期波动升温阶段, 距今1900~850年, 平均升温幅度0.8℃, 存在隋唐温暖期, 响应的时间在距今850~1350年间, 距今1400年的降温事件比较明显; Ⅲ期降温阶段, 距今2550~1900年, 处于南极冰芯记录曲线上一个缓慢降温到快速升温的完整周期, 降温幅度达0.9℃; Ⅳ期相对平稳略有升温阶段, 距今3200~2550年, 处于南极冰芯记录气温波动升温期, 升温幅度仅有0.3℃; Ⅴ期相对平稳略有降温阶段, 距今3600~3200年, 对应南极冰芯记录的波动降温阶段. 5个周期性阶段与南极冰芯记录的气候周期比较吻合, 全球降温一般比较缓慢, 陆架海SST基本上能够同步调整.     

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ElNi(n)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ElNi(n)o事件有关.     

末次冰消期西太平洋暖池上层海温千百年尺度变化

西太平洋暖池是全球气候系统中最主要的海洋热源,暖池区表层海温的变化与低纬度大气环流紧密联系,而温跃层变化能够调控暖池区上层海水热含量和结构.为探索末次冰消期(末次冰盛期到全新世的过渡期)暖池区的上层海水温度变化,利用暖池核心区MD01-2386孔岩芯,分析混合层和温跃层浮游有孔虫壳体的δ18O和Mg/Ca指标,重建末次冰消期十年际分辨率的表层和温跃层温度记录.结果表明:(1)末次冰消期早期,表层和温跃层海水在20～21 ka展现小幅度的初始升温,与岁差参数的起始降低同步;(2)与海因里希冷事件1和新仙女木事件近乎同一时段,表层和温跃层海温都表现出升温停滞的平台;(3)冰消期过程中温跃层海温的变化幅度始终大于表层海温.表层和次表层浮游有孔虫的δ18O以及Mg/Ca温度变化与婆罗洲石笋δ18O的变化趋势高度吻合,反映了末次冰消期暖池核心区的温跃层动力、表层海温和大气对流活动之间的耦合关系.对比赤道外暖池区的降水指标记录,提出西太平洋暖池大气对流中心的位置迁移或强度变化是解释末次冰消期千年尺度变化期间暖池区降水变化区域差异的主要原因.另外,百年尺度上暖池上层水体指标记录都体现了明显的220～260 a的周期,与太阳活动的Suess周期近似,可能反映了暖池区上层水体变化对太阳活动的响应.     

南冲绳海槽1000 年以来的硅藻记录及古环境

通过对冲绳海槽南部MD05-2908 孔沉积样品的硅藻分析, 探讨了该区1000 年以来的气 候变化及环境响应. 研究区位于东亚季风区, 又处在黑潮流经区域, 其气候与古环境变化受二 者的共同影响. 对具有环境指示意义的黑潮指示种和淡水种硅藻的分析结果显示, 二者的变化 趋势与历史上的“中世纪暖期”及“小冰期”有很好的对应关系: 950～1500 AD 期间黑潮指示种波 动增加, 而淡水硅藻的含量波动下降, 说明研究区受黑潮的影响较强, 而降雨量较小, 反映了 研究区中世纪暖期暖干的气候特点; 1500～1900 AD 期间黑潮指示种的含量持续降低并保持低 值, 说明当时黑潮对研究区的影响减弱, 海水温度较低, 与小冰期气候特点相似; 同时淡水种 在该时期含量显著增加并达到峰值, 表明台湾东北部在小冰期期间降水偏多. 硅藻研究结果反 映的1000 年来暖干-冷湿的气候特点, 可能与西太平洋副热带高压位置的变化对东亚夏季风降 水的影响有关: 温度升高, 西太平洋副热带高压位置偏北, 该地区降水减少; 反之, 温度降低, 西太平洋副热带高压位置偏南, 该地区降水增加.     

近2 ka来东海内陆架的泥质沉积记录及其气候意义

通过对位于东海内陆架闽浙沿岸泥质沉积区北部的DD2孔进行AMS¹⁴C年龄测试和粒度分析, 获得了粒度随深度以及时间变化的高分辨率曲线. 近2 ka以来DD2孔粒度曲线揭示出9次粒径变大时期, 它们与历史时期中国温度下降有良好的对应关系, 可能是东亚冬季风活动加强的响应, 其中包括首次揭示的、约990 AD的最大降温事件. 根据沉积物粒度的变化情况, 基本认同竺可桢所界定的隋唐温暖期, 并认为气候存在温暖-寒冷-温暖的波动, 且其中的相对寒冷期为750~850 AD. 研究认为小冰期开始于1450 AD, 期间的寒冷期分别约为1510, 1670和1840 AD左右. 由于所建立的时间标尺还有不确定性, 本研究所提出的冷事件的时间范围值得进一步确认.     

东海外陆架线状沙脊群

基于最新的高精度全覆盖多波束资料, 对东海外陆架线状沙脊群分布特征进行了定量统计分析. 将研究区线状沙脊群划分为东北区和西南区, 东北区沙脊走向约为N116°, 该区沙脊线性特征明显, 向内陆架延伸收敛, 西南区沙脊走向为N120°~N146°, 该区沙脊群趋向网状, 研究区中部有趋向沙席特 征. 沙脊群向陆侧发育到60 m等深线, 东北部向海发育到水深120 m左右、西南部发育到150 m左右, 在西南部洼地130~180 m水深处仍有发育不完全沙脊分布. 结合靠近研究区的典型地震剖面的沙脊体高角度斜层理声反射特征, 以及4个钻孔和12个柱状样岩性分析及测年资料, 表明在研究区内广泛分布于东海外陆架的线状沙脊群形成于全新世早中期, 并由富含碎贝壳细砂为特征的海侵砂层所组成. 沙脊的形成、发育和埋藏的决定因素在于海平面升降导致的水深变化和沉积物源供给速度. 12400 aBP期M2分潮同潮时线已与研究区线状沙脊群具有较好的正交关系, 12000~8000 aBP期间的潮波系统可能是形成广泛分布于现东海外陆架线状沙脊群的主动力.     

上海志丹苑遗址元代水闸的再现及古河道演变

通过对上海志丹苑遗址剖面地层中盘星藻、双星藻、环纹藻、硅藻、介形虫、有孔虫等微体化石的研究, 推测了石闸建造后的古河道水体变化. 河道水体早期就受到海水交汇影响, 中期从海生硅藻及有孔虫的增多, 反映海水上溯能力增强, 到后期, 剖面上部海生藻类、有孔虫数量减少, 反映志丹苑所在河道与海水的连通性逐渐降低.     

冲绳海槽全新世表层水温、盐度和大气恢复及其古气候意义

以冲绳海槽DGKS9603孔沉积物为研究对象,利用长链不饱和酮分子的不饱和指数U ^K_η 和沉积颗粒有机碳的δ ¹³C及浮游有孔虫(G.Sacculifer)的δ ¹³C重建冲绳海槽全新世表层海水温度和大气的演化历史; 结合浮游有孔虫δ ¹⁸O,恢复了全新世海水表层盐度相对变化(?S).识别出了3次降温事件(E₁~E₃),其发生的时间分别为1.7~1.6,5.1~ 4.8和8.1~ 7.4 kaBP(cal).其中E2和E3事件具有全球可比性,其发生机制是在中全新世北半球日照强度增大、副热带高压增强, 驱动西北太平洋环流加强,导致黑潮主流轴东移;E₁事件相当于1550~1850年间小冰期事件,在海槽区E₁事件可能与强盛冬季风导致的黑潮主流轴东移有关.     

MIS 3期南海西部上层水体古海洋学变化

“太阳号” 17954站位于南海西部越南岸外夏季上升流区, 沉积物记录了东亚夏季风的变化. 本次研究在AMS ¹⁴C测年基础上建立了严格的年龄框架, 利用浮游有孔虫Globigerinoides ruber (white s.s.)的Mg/Ca-古海水温度计, 对17954柱状样氧同位素三期(MIS 3)表层海水古温度和盐度进行估算, 并结合温跃层以及有孔虫初级生产力的变化探讨东亚夏季风在MIS 3期的变化. 研究表明, 17954站G. ruber氧同位素与NGRIP冰芯以及葫芦洞石笋的氧同位素一样, 存在显著的千年尺度的波动, 显示了该海区表层环境变化与北半球高纬地区以及东亚夏季风变化的内在联系. 17954站在MIS 3期中记录了5个明显的温跃层变浅时期S1~S5, 其中S1~S4时期均有表层海水温度和盐度降低、生产力增加的状况, 表明在这些时期内有明显的上升流的存在, 指示了较强的东亚夏季风, 同时盐度的降低与夏季风带来较强的降水有关.     

海洋沉积物中铁-磷积累的环境生物地球化学过程

通过揭示南海北部陆坡沉积物柱状样中铁、磷和碳酸钙等的赋存特征, 结合现代表层海水中磷与水温、溶解氧的关系, 讨论了海洋沉积物中铁-磷积累的环境生物地球化学过程. 结果表明, 沉积磷与碳酸钙的含量随深度的变化呈相反趋势, 而沉积铁与碳酸钙的含量变化基本一致, 这与冰期时表层海水温度降低而二氧化碳含量增高, 使部分陆源磷溶入海水刺激了海洋初级生产力, 从而导致生源碳酸钙在沉积物中积累的生物地球化学过程有关, 也与海水中来自大气和海洋植物光合作用的氧, 促使铁的氧化而加速沉淀到沉积物中有关. 沉积物柱状样中可溶性铁和磷结合态(Fe-P)的含量变化, 能够敏感地反映来自气候和环境变化的影响, 表明了沉积物中铁和磷结合态的积累特征与赋存状况, 对古气候和古环境变化具有指示意义.     

快速融冰背景下北冰洋夏季表层海水CO_2分压的变异假设

近几年来,夏季北冰洋融冰出现明显加快的态势.融冰过程引起了表层海水CO_2浓度的变化,在2008年中国国家北极科学考察(CHINARE)航次通过深入到88°N的北冰洋中心区的170°W断面观测,发现表层海水中CO_2在冰覆盖下,融冰区和融冰后开阔水域等不同状况下出现了明显的变异性.针对所观测到的表层海水二氧化碳分压(pCO_2)变异性现象,我们提出了北冰洋快速融冰情景下的表层海水pCO_2变异的"低-低-高"假设,即海冰覆盖下的海水是"低"p CO_2,刚融冰的海水是"低"pCO_2,而融冰后的开阔海水会出现"高"pCO_2.出现这种"低-低-高"pCO_2变异现象是由不同驱动过程引起的.冰覆盖下海水低pCO_2,控制因素可能是水体受到不同水团的混合过程、温度变化、冰-水CO_2交换和生物冰藻微吸收CO_2过程控制,其主要诱因还需要进一步探索;现场观测表明刚融冰时海水的低pCO_2主控因素可能是生物的CO_2吸收,以及CaCO3溶解共同作用;而融冰后开阔海水的高CO_2已被论证为由于大气中CO_2快速进入海水和水体增温引起的.     

理想海底地形的南海海洋经向翻转数值模拟

利用一个z坐标刚盖近似海洋环流模式, 分别在吕宋-台湾以东的闭边界和开边界两种情况下, 模拟了理想海底地形(1000 m平底)南海冬季和夏季上层环流的经向翻转(meridional overturning), 目的是为了分析黑潮入侵南海的可能影响范围及其对南海上层环流经向翻转的改变, 并比较这种影响的季节性差异. 模式采用气候平均的海面风场驱动, 热盐强迫采用基于向Levitus气候海面温度和盐度张弛的边界条件. 从模拟结果来看, 黑潮影响南海上层经向翻转的范围可达到10°N左右, 从而驱动南海上层海洋形成一个不闭合的经向翻转. 在冬季(1月份), 海水从大约400 ~ 500 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部; 在夏季(6月份), 也有类似的情形, 海水从大约150 ~ 200 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部. 该经向翻转描述了南海中、上层水的运动路径, 为研究南海风生-热盐环流动力学提供了理想化的参考依据.     

湖光岩玛珥湖高分辨率孢粉记录揭示的早全新世适宜期环境特征

通过对广东湛江湖光岩玛珥湖B孔顶部8~0.6 m岩芯较高分辨率的孢粉分析, 揭示了该区全新世植被、气候变化的历史: 早全新世(约11600~7800 cal a BP), 木本植物花粉含量为56.0%, 其中热带木本植物花粉含量占优势, 最多的时期发生在9500~8000 cal a BP左右, 达到木本植物花粉的60.2%, 反映气候热暖潮湿; 中全新世(7800~4200 cal a BP), 热带-亚热带植物花粉含量明显下降, 而草本植物和山地针叶植物花粉含量增加, 指示了中全新世温度下降; 晚全新世4200 cal a BP开始, 草本植物和山地针叶植物花粉明显增多, 揭示出晚全新世湖光岩地区温度、湿度明显下降. 研究结果表明, 中国南方热带-亚热带地区高温湿润的全新世适宜期发生在早全新世(9500~8000 cal a BP), 与全球低纬地区全新世气候变化格局一致. 初步认为, 全新世早期, 在岁差周期的控制下, 北半球较强的太阳辐射驱动了热带辐合带(ITCZ)和副热带锋面季风降水带同时向北推移, 造成中国热带低纬度地区早全新世最适宜期. 湖光岩地区中晚全新世气候干旱趋势和气候波动除了与北半球夏季太阳辐射强度减弱有关外, 可能与该时期ENSO的活跃也有一定的联系.     

雷州半岛中晚全新世造礁珊瑚Sr/Ca比值的表层海水温度记录

通过分析两个取自雷州半岛南部的全新世珊瑚的高分辨率Sr/Ca比值,重建了这两个历史时期(公元489～500年和公元前539～530年)月平均分辨率的表层海水温度记录.结果显示,公元前539～530年时段表层海水温度(SST)与现代基本相同,代表相对温暖的气候;而公元489～500年时段10年平均的冬、夏季SST与现代器测记录相比分别低2.9和l℃,年均温度低2℃左右,代表相对寒冷的气候.这些珊瑚记录的气候特征与中国其他地区根据物候及历史记录获得的气候记录相吻合.     

雷州半岛中晚全新世造礁珊瑚Sr/Ca比值的

通过分析两个取自雷州半岛南部的全新世珊瑚的高分辨率Sr/Ca比值, 重建了这两个历史时期(公元489~500年和公元前539~530年)月平均分辨率的表层海水温度记录. 结果显示, 公元前539~530年时段表层海水温度(SST)与现代基本相同, 代表相对温暖的气候; 而公元489~500年时段10年平均的冬、夏季SST与现代器测记录相比分别低2.9和1℃, 年均温度低2℃左右, 代表相对寒冷的气候. 这些珊瑚记录的气候特征与中国其他地区根据物候及历史记录获得的气候记录相吻合.     

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.