早全新世白令海北部陆坡沉积环境快速变化

理解增暖背景下海洋环境的演化过程是海洋学和气候学一项重要的研究内容。在地质时期,地球经历了多次增暖时段(包括早全新世),这为认识海洋环境演化过程提供了重要参考。早全新世全球气候经历了快速增暖,并伴随着冰原融化和海平面快速上升,对包括白令海在内的高纬边缘海的沉积过程和海洋环境产生显著影响。白令海发育宽阔的大陆架,毗邻北美大陆,接受来自育空河、阿纳德尔河和库斯科维姆河物质的供给。目前我们对白令海如何响应早全新世气候的认识还存在明显不足。本研究对位于白令海北部陆坡LV63-19-3岩心沉积物中陆源碎屑组份进行了高分辨率调查,结合沉积年龄模型,研究了早中全新世(距今11.7~5.5ka)白令海北部陆坡陆源沉积演化过程。研究结果显示,在距今11.5~11 ka,白令海北部陆坡沉积速率高达392.9 cm/ka,在距今约9.7 ka以后降至17.2cm/ka。在距今11~10.7ka,发现一层厚约40cm的暗色纹层状沉积层。在高沉积速率时段,沉积物平均粒径较细,距今9ka以来平均粒径逐渐增大。主微量元素分析结果表明,陆源碎屑沉积物母岩性质以长英质沉积物为主,并存在少量火山碎屑源贡献。白令海北部陆坡高沉积速率事件对应于冰原融水脉冲(MWP)-1B事件(距今11.4~11.1 ka),并导致白令海陆坡硅质生产力勃发。在距今11~10.7 ka研究区春夏季海冰覆盖增加抑制表层水体氧供给,夏、秋季持续冰川融水和高表层生产力进一步加剧了水体层化和海洋内部消耗,共同促进了纹层状沉积层的形成。距今9ka以来白令海季节性海冰活动增强,但是陆源碎屑物质质量累积速率则逐渐减小,表明随着海平面上升,供给到研究区的陆源物质减少。我们认为早全新世白令海北部陆坡沉积环境快速变化是海平面、冰融水脉冲事件和季节性海冰活动共同作用的结果,实际上受高纬日射量、北美大陆冰原融化和全球气候变化控制。

亚北极太平洋边缘海表层沉积物地球化学特征

对鄂霍次克海和白令海及其毗邻区40个站位表层沉积物样品的粒度和43种地球化学元素分析表明,表层沉积物类型及地球化学组成在空间上分布存在显著差异。因子分析显示,表层沉积物元素地球化学存在陆源、生源(Ba,Ca和Sr等)和自生源(Mn,Mo和Cd)三种来源。沉积物粒度与主微量元素分布没有显著的相关性。主微量元素地球化学散点图揭示表层沉积物碎屑物质存在来自火山和上地壳风化产物的贡献。白令海陆坡流和东萨哈林流对于底层沉积物分选有重要的影响。聚类分析显示,在空间分布上,鄂霍次克海以及底特律海山表层沉积物由陆源碎屑和火山物质混合构成;堪察加半岛东侧表层沉积物主要来自堪察加半岛,以火山碎屑贡献为主;白令海西北陆坡和鄂霍次克海西部陆坡表层沉积物主要来自阿纳德尔河和黑龙江(俄罗斯境内为Amur河)的输入,以陆源碎屑为主。研究区表层沉积物地球化学空间分异性与碎屑物质的来源、搬运动力、区域水动力条件密切相关。

日本海末次冰期以来沉积作用和环境演化及其控制要素

基于对日本海南部、中部和西部3个沉积岩芯的综合研究,探讨了末次冰期以来日本海不同区域的沉积作用、环境演化特征及其控制因素。结果发现:在距今8ka以前,日本海南部、中部和西部陆源碎屑物质分别由河流物质、西风携带的风尘物质和海冰输运的物质组成;8ka以来日本海西部沉积物中存在连续分布的火山物质,推测与利曼寒流形成有关,标志着现代日本海表层环流格局的形成。在末次冰期,日本海中部和南部因为水体层化较强,导致底层水通风较弱,而日本海西部则由于盐析作用,通风较强。在冰消期早期,随着海平面上升,东海北部高盐水团再次入侵日本海,改善了日本海深层水体通风条件,但在日本海西部因受到常年海冰覆盖的影响,沉积物氧含量显著减小;在冰消期晚期和早全新世,日本海南部深层水体通风减弱,而在日本海中部和西部通风较好;但8ka以来日本海通风普遍增强。日本海的沉积作用和环境演化受海平面、东亚季风(西风环流)和对马暖流控制,但不同海域对上述3个因子的响应程度存在差异。海平面变化是控制日本海环境变化的首要因子,它直接制约着日本海与周围水体的交换程度;东亚夏季风影响日本海表层水体层化,而东亚冬季风则控制着日本海西部海冰的形成和深层水体垂向对流;8ka以来对马暖流成为控制日本海环境演化的重要因子,它的入侵增强了表层和底层水体交换,提高了日本海深层水体和沉积物溶解氧的更新速率。

日本海中部60ka以来的风尘沉积对西风环流演化的指示

对位于西风环流下风区日本海中部LV53-23岩芯沉积物的粒度特征进行了研究,重建了日本海末次冰期(~60 ka)以来的西风环流演化历史和空间变化规律.结果显示,岩芯沉积物以粉砂为主且粒度频率分布曲线多呈单峰分布,与现代日本黄沙和前人报道的邻近区域的岩芯粒度特征一致,具有典型的风尘沉积特征.众数粒组-粉砂组分的中值粒径分析表明,粉砂组分中值粒径可以用作岩芯沉积反映西风环流的替代性指标.在亚轨道及千年尺度上,粉砂组分中值粒径在MIS 3期的冰阶-间冰阶千年尺度旋回与西风环流密切相关:冰阶时,粉砂组分中值粒径增大,这与西风急流轴较长时间位于青藏高原南部,西风环流影响范围变大,风速增强,能携带更多近源的蒙古戈壁-中国东北沙地风尘至日本海有关;间冰阶时,粉砂组分中值粒径减小,这是由于西风急流轴位于青藏高原北部,携带更多远源的塔克拉玛干沙漠风尘至日本海.而在轨道尺度上,末次盛冰期时粉砂组分中值粒径的稳定低值与北半球65°N日照辐射量良好对应,表明北半球日照辐射量和中高纬温度梯度差对西风环流远距离输运粉尘起到重要作用,盛冰期时西风急流轴受北半球冰盖扩张影响显著南移导致西风环流范围也随之南移,从而对日本海40°~50°N上空西风影响减弱.

3万年以来日本海西部海冰活动变化

海冰是现代气候系统的一个基本组成要素,对气候变化有着重要的调控作用。现今日本海西部仍发育有限的季节性海冰,也是深层水形成的关键区域。由于缺乏沉积岩芯,长期以来对日本海西部海冰范围变化的历史还缺乏深入的认识。本文对日本海西部LV53-18-2岩芯中长393 cm的沉积物进行了粒度分析,采用粒径端元分析方法,重建了过去30.0~5.0 ka海冰和底流活动历史。粒径端元(EM)分析显示,端元3(40~160μm)是指示海冰活动的有效指标;EM1(2~20μm)与可分选粉砂平均粒径呈现一致的变化趋势,是指示底流活动的有效指标,但在15.0~7.8 ka受到冰筏碎屑影响。日本海西部海冰活动由冬季海冰形成和春/夏季海冰融化条件的共同制约。末次冰期-冰盛期(30.0~18.0 ka),在强盛东亚冬季风(EAWM)和低太阳辐射量控制下,日本海西部季节性海冰活动保持微弱;在末次冰消期晚期-中全新世早期(15.0~7.8 ka),EAWM仍然强盛,同时北半球高纬日射量和海平面升高,导致海冰活动十分活跃;7.8~5.0 ka以来,随着EAWM减弱和对马暖流入侵,日本海西部季节性海冰活动显著减弱。在海因里希冰阶(HS)1时段(17.5~15.0 ka),大西洋经向翻转流减弱诱发EAWM增强,同时北半球夏季太阳辐射量和海平面都相对较低,可能导致日本海西部海冰持续覆盖。在季节性海冰形成时期,盐析过程增强了水体垂向对流和底流活动,但是在HS1,深层水体形成源区被常年海冰覆盖,抑制了深层水形成,减弱了研究区底流活动。