晚第四纪热带西太平洋海气CO_(2)交换影响因素

探究海气CO_(2)交换有助于解析全球碳循环和全球气候变化。由于海水和大气的直接接触,研究表层海水碳酸盐系统变化成为探究海气碳交换的关键。基于已有热带西太平洋表层海水碳酸盐系统研究成果,本文总结了有孔虫壳体B/Ca和δ11B指标重建碳酸盐系统参数的原理、方法及优缺点。然后,从厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)、东亚季风以及大气桥梁和海洋隧道三方面综述了晚第四纪热带西太平洋海气CO_(2)交换影响因素的研究现状。结果显示,类ENSO通过横向平流和垂向变化分别影响热带西太平洋东端和西端的海气碳交换。东亚夏季风对热带西太平洋海气碳交换具有较强的调控作用,而东亚冬季风的调控作用较弱或不明显。冰消期南大洋深部流通状况增强,可通过大气桥梁(大气CO_(2))和海洋隧道(南极中层水)影响热带西太平洋海气碳交换。然而,为了更准确清晰地了解全球碳循环变化,还需针对指标记录的可靠性、覆盖范围以及海气碳交换在更长时间尺度的变化机理等方面开展更多研究。

浮游有孔虫B/Ca作为海水pH替代指标有效性的初步评估:生命效应和溶解作用

浮游有孔虫B/Ca主要受控于海水pH,可作为海水pH值的替代性指标,其在探索海洋对大气pCO2冰期旋回贡献作用的研究中广受关注。然而,利用浮游有孔虫B/Ca重建海水pH,其结果的可靠性还受到温度、[CO2-3]、溶解作用、生命效应(共生光合作用、呼吸作用和钙化作用)以及属种差异的制约。为评估生命效应和溶解作用对B/Ca指标有效性的影响,测定了西太平洋暖池MD06-3052岩心特征样品的浮游有孔虫表层种Globigerinoides ruber和次表层种Neogloboquadrina dutertrei在不同壳体粒径、不同壳体厚度下的B/Ca。结果表明,除两个层位外,G.ruber的B/Ca随壳体粒径的增大,总体上呈增高趋势,主要由钙化作用速率逐渐加快所致;而两个特例层位分别表现为B/Ca随粒径变化不大和随粒径先不变后增加,这可能是由钙化作用、呼吸作用与共生光合作用对G.ruber B/Ca影响的相反效应导致的竞争关系所致。N.dutertrei的B/Ca随壳体粒径的增大,总体呈降低趋势,呼吸作用可能是导致该趋势的主要原因。另外,同一层位相同粒径G.ruber和N.dutertrei的B/Ca也明显不同。这些相同种属不同粒径之间以及相同粒径不同种属之间B/Ca的差异综合表明生命效应通过表征的具体过程对浮游有孔虫B/Ca有重要影响。然而,同一层位、相同粒径、不同厚度的G.ruber和N.dutertrei B/Ca各自相差不大,表明溶解作用对浮游有孔虫B/Ca影响甚微。总之,从生命效应和溶解作用角度看,只要挑选优势粒径浮游有孔虫,将生命效应对其B/Ca的影响降到最低,浮游有孔虫B/Ca是有效的海水pH的替代性指标。

MIS 5期以来南极威德尔海生产力演化及其古海洋意义

南大洋有关大气二氧化碳分压(pCO_(2))冰期旋回机制的最新假说表明,冰期南极带生产力降低指示的深部流通状况减弱对CO_(2)的封存,以及亚南极带生产力升高对CO_(2)的固定能够圆满解释冰期大气pCO_(2)的降低。显然,测试该假说合理性的关键是验证冰期旋回中南极带与亚南极带呈“镜像”关系的生产力演化特征。通过沉积物岩芯中生源蛋白石含量重建了MIS 5期以来南极威德尔海(南极带)生产力演化。结果显示,南极威德尔海生产力呈现暖期(MIS 5和3期)高、冷期(MIS 4和2期)低的冰期旋回特征以及总体降低的长期演化趋势。联合该生产力记录与搜集的南大洋其他海区多个生产力记录,确证了南极带与亚南极带“镜像”的生产力演化模式。进一步,通过该生产力记录与其潜在环境影响因素的对比,发现西风带经向移动和海冰张缩通过影响深部流通状况,进而控制深部营养物进入表层的可利用性,最终驱动MIS 5期以来威德尔海生产力演化的冰期旋回和长期趋势。南极威德尔海的深部流通状况对CO_(2)的“收押”与释放很可能贡献了MIS 5期以来大气pCO_(2)演化的冰期旋回和长期趋势。该研究确证了上述南大洋有关大气pCO_(2)冰期旋回机制假说的合理性,表明南大洋在全球气候演化中扮演重要角色。

MIS 6期以来西菲律宾海表层营养物质水平演化及其控制因素:浮游有孔虫Globigerinoides ruber的Cd/Ca证据

通过西菲律宾海MD06-3052孔浮游有孔虫Globigerinoides ruber的n(Cd)/n(Ca)[n(Cd)和n(Ca)分别指示Cd元素和Ca元素的物质的量]变化研究及其与陆源物质输入、海水结构以及海洋初级生产力等重建结果对比,从营养物质来源和利用两方面,探究了MIS6期以来该区域表层营养物质水平演化及其控制因素,从而为热带西太平洋生物泵作用和营养物质循环提供新思路和新证据。MIS6期以及MIS 2—3期研究区吕宋岛来源的陆源物质输入增多,导致了研究区MIS 6晚期、MIS 3早期和MIS2期浮游有孔虫G. ruber n(Cd)/n(Ca)的升高。而在MIS 3晚期,尽管陆源物质输入量大、次表层营养物质上涌,但初级生产力对于营养物质的利用量大于前两者营养物质输入量之和,最终形成研究区浮游有孔虫G. ruber n(Cd)/n(Ca)在MIS 3晚期呈现逐渐降低的趋势。海平面的迅速升高导致营养物质来源短期不足引起MIS 6/5冰消期浮游有孔虫G. ruber n(Cd)/n(Ca)呈现低值。而MIS 5e期研究区陆源物质输入的增多,又促使浮游有孔虫G. ruber n(Cd)/n(Ca)出现高值。此外, MIS 4—5d期,陆源物质输入较低、次表层营养物质仍受到阻碍,但研究区初级生产力在MIS4—5d期则逐渐升高,致使研究区浮游有孔虫G.rubern(Cd)/n(Ca)呈现下降趋势。研究结果反映不同时期浮游有孔虫G.rubern(Cd)/n(Ca)的受控因素不同,需要对其从营养物质来源和利用两方面因素加以考虑,才能获得更为准确的研究结果。总之,本文对西菲律宾海浮游有孔虫n(Cd)/n(Ca)指标的探究,不仅为该指标在热带西太平洋区域的古海洋学研究打下了基础,还为该指标在其他海域更为准确的探究提供了新的思路。

冰期旋回中热带西太平洋碳源汇过程、机理与效应

冰期旋回是第四纪地球气候变化最显著的特征,热带西太平洋通过水文循环控制全球气候演化,这是“气候演变低纬驱动”理论的核心内容.由于现代热带西太平洋CO_(2)总体上处于海-气平衡,因此基于“将今论古”的思想,长期以来学术界认为热带西太平洋相对于南大洋等高纬海区在大气CO_(2)分压(pCO_(2))冰期旋回中的作用并没那么重要,从而低估了热带西太平洋通过碳源汇演替调控全球气候的作用.在综合分析上新世以来冰期旋回中热带西太平洋碳源汇过程与机制的基础上,总结出了其气候效应模式,发现冰期时海平面降低导致更多的河流营养物进入海洋,致使近海表层有机碳生产和海底有机碳埋藏加强;同时,远洋为了“补偿”陆架珊瑚礁等钙质生物碳酸盐生产的减少,引起其深部CO32和碱度增加,致使远洋深部碳库增强;另外,开放洋区大型硅藻勃发等有机碳生产演化事件在大洋深部形成呼吸碳库,进一步“放大”了上述增强的深部碳库.这些碳循环过程表明冰期热带西太平洋扮演碳汇角色.间冰期时上述碳循环过程发生的方向或强度与冰期相反,但目前还没有证据证明间冰期热带西太平洋是否扮演碳源角色;尽管冰消期,其确实能向大气释放CO_(2).此外,叠加在冰期旋回之上的长尺度记录以及跨越冰期旋回的重大事件记录均显示,热带西太平洋可以通过全球的遥相关或洋际交换,在深部“被动”形成碳库.但这种“被动”形成的深部碳库是否也发生在冰期旋回中还有待于进一步证实.总之,热带西太平洋碳循环也同水文循环一样,通过碳源汇演替对冰期旋回中大气pCO_(2)和全球气候产生重要影响,从而丰富了“气候演变低纬驱动”理论的内涵.

广西大新地区辉绿岩地质地球化学、年代学特征及其意义

广西大新地区位于华南板块南华活动带右江褶皱系西大明山凸起,大新凹断束,那岭—俸屯褶断地垒的北端,辉绿岩脉沿断裂呈北西向零星分布。该区产有铀矿、铅锌矿等矿产资源。前人在进行矿床成因等研究时没有将辉绿岩脉与矿床的形成联系起来。通过研究辉绿岩的地质、地球化学和年代学特征,对二者的关系进行了探讨,取得如下认识:①该区辉绿岩分布受北西向断裂控制,并且遭受了后期变质作用和蚀变作用,使其主要由高岭石、蛇纹石、绿泥石等蚀变矿物组成,局部地段有铀矿化。②辉绿岩的SiO2含量变化较大,主要由后期硅化导致。Fe2O3,MgO,CaO及FeO与SiO2呈明显的负相关,碱质程度(Na2O+K2O)较贫,K2O/Na2O比值较大,为钙碱性系列。微量元素富集高场强元素Ta,Nb,Zr,Hf,及大离子亲石元素Rb,U,Th,Ba,而亏损Sr,构造环境判别为板内玄武岩(WPB)。稀土元素球粒陨石标准化分布型式图呈右倾,稀土元素总量较高,轻稀土较重稀土富集,无明显Eu异常。③辉绿岩的锆石U-Pb年龄总体为90 Ma左右,形成于晚白垩世。④辉绿岩脉与该区矿产资源的形成有一定关系。

南大洋南极带现代浮游有孔虫Neogloboquadrina pachyderma(sinistral)钙化作用受控于海水温度而非海洋酸化

浮游有孔虫Neogloboquadrina pachyderma (sinistral)作为中高纬度海洋优势种,是当地碳酸钙(CaCO)生产的重要组成,然而关于该种钙化作用受控因素以及对未来海洋环境变化的可能响应方式却知之甚少.本研究基于优化的粒径标准化壳体重量(SNW)实验清洗方法,测试了南大洋南极带阿蒙森海、罗斯海和普里兹湾海区表层沉积物中N. pachyderma (sin.) SNW,在确认SNW并未受深海碳酸盐溶解作用影响的前提下,通过N. pachyderma(sin.) SNW来反映现代过程中该种的钙化程度.对比N. pachyderma (sin.) SNW与其所在钙化深度的温度、盐度、营养盐浓度以及碳酸盐系统等参数,发现200~250、250~300以及300~355μm粒径范围内N. pachyderma (sin.)SNW均与海水温度高度相关,海水温度每上升1℃, SNW增加约30%.这一结果表明现代南大洋南极带N. pachyderma (sin.)钙化作用主要受温度控制,而不是海洋酸化等其他环境要素.钙化生成CaCO过程将向大气释放CO,因此推断在全球变暖的气候背景下,南大洋南极带N. pachyderma (sin.)钙化增强将减弱海洋碳汇效应,形成全球变暖的正反馈.