北冰洋西部表层沉积物中的浮游有孔虫稳定氧、碳同位素与水团性质的关系

浮游有孔虫Neogloboquadrinapachyderma(sin.)在北冰洋的古海洋学研究中已经得到广泛的应用。然而对该属种的研究主要集中在北冰洋的东部。本文对中国首次及第二次北极科学考察在北冰洋西部所采集的32个表层沉积物中N.pachyderma(sin.)壳体进行了稳定氧、碳同位素分析,并试图找出其与水团性质的关系。对北冰洋西部N.pachyderma(sin.)的研究显示,该属种主要生活在北冰洋西部30—100m水深范围,其壳体的δ18O差异在楚科奇海主要反映水体盐度和温度的差异,而在楚科奇海台、北风脊海域和加拿大海盆则主要反映水体盐度的差异。N.pachyderma(sin.)壳体的δ13C差异主要反映水体营养状况的差异,在楚科奇海中部其壳体δ13C的轻值反映低营养盐利用率,在北风脊东侧的加拿大海盆反映营养盐的再生环境,而在楚科奇海台和北风脊海域其壳体δ13C的重值反映低营养环境。

冲绳海槽末次冰消期浮游有孔虫δ^(13)C的宽幅低值事件

赤道太平洋上升流区是影响全球冰期-间冰期CO2循环的重要区域.为验证末次冰消期热带低纬度太平洋表层水的δ13C宽幅低值事件的影响范围,对取自冲绳海槽中部的DGKS9603孔浮游有孔虫N.dutertrei和 G。ruberδ13C记录进行了分析.该孔浮游有孔虫δ13C记录表明在20～6 kaBP（cal）期间出现明显的变轻事件,年代跨度较大,约为14 ka,最大变幅为0.4 × 10-3,最轻值出现在15.7kaBP（cal）左右,与识别于热带太平洋及其边缘海的表层水δ13C低值事件具有非常好的可比性.由于浮游有孔虫特征属种分布特征和δ18O记录没有上升流作用及河流注入加强的证据,因此该孔所记录的浮游有孔虫δ13C的宽幅低值事件很可能是受到热带太平洋末次冰消期表层水的影响所致.该事件在冲绳海槽的识别为热带太平洋低纬度海区的水体演化在影响大区域乃至全球碳循环变化过程中所发挥的重要作用提供了新的证据.

鄂霍次克海东南部180ka BP以来底栖有孔虫δ^13C轻值事件

对鄂霍次克海东南部OS03-1岩芯180 ka BP以来底栖有孔虫内生种Uvigerina spp.进行了稳定氧碳同位素分析，发现了112-109 ka BP（Ⅵ），102-90 ka BP（Ⅴ），85-76 ka BP（Ⅳ），57-54 ka BP（Ⅲ），44-40 ka BP（Ⅱ）和17-10 ka BP（Ⅰ）的6次δ13C轻值事件，其中发生于102-90 ka BP的轻值事件Ⅴ中的δ^13C降幅最大，达到了2.5‰，其他事件中均达到1‰以上. 研究认为，这些δ13C轻值事件可能由表层生产力增高、鄂霍次克海中层水形成减弱、最低含氧带加强等因素共同引起. 古菌生物标志物结果表明，这些δ^13C轻值事件没有受到天然气水合物分解和甲烷气体释放的影响.

西北太平洋上层水δ13C对末次冰消期南大洋深层水对流的响应

晚更新世以来,源自南大洋深层水对流的冰消期δ13C低值事件广泛记录于低纬热带和南半球大洋沉积物中.然而,末次冰消期δ13C宽幅低值事件也出现在远至北半球中纬度的西北太平洋边缘海区.在西北太平洋的古海洋记录中,受来自北半球高纬度地区影响的记录很多,而来自南半球高纬度地区的却很少.黑潮源区连接着西北太平洋与热带-南太平洋,该区MD06-3054孔高分辨率的浮游有孔虫记录有助于探明南半球对西北太平洋地区的影响.对该孔上部1030cm岩芯中浮游有孔虫进行了AMS14C年代和氧碳同位素的测试,结果发现浮游有孔虫表层种Globigerinoides ruber和次表层种Pulleniatinaobliquiloculata两种的δ13C记录在约20.0～6.0ka BP都出现明显的负偏移,但26.5ka BP以来表层种与次表层种δ13C记录变化的整体趋势相反.而且,表层种记录与大气CO2记录之间有着紧密的联系,其变化在时间上也明显超前于次表层种.黑潮源区的水文状况分析显示,该区末次冰消期δ13C宽幅低值事件是对南极周围南极深层水对流的响应.而表层和次表层种记录之间的差异可能是由于δ13C低值信号传播路径的不同.末次冰消期黑潮源区次表层水体接收到的δ13C低值信号主要来自南极中层水的传播,而表层水体则可能更多地受到大气CO2的影响.黑潮源区的记录不仅证实了冲绳海槽表层水末次冰消期δ13C宽幅低值事件主要是受西太平洋表层水体直接影响的推论,同时还说明来自南极高纬度地区的信号也可以传送到北半球中纬度地区.

北大西洋墨西拿期古海洋学:有孔虫和稳定同位素证据

墨西拿期(7.2-5.3 Ma)被认为是中新世最重要的时期之一。在上世纪七十年代初,大洋钻探计划(DSDP)对地中海的首次大洋钻探发现整个地中海盆地存在着大量晚墨西拿期的盐类沉积,其上为上新世早期的正常大洋沉积所覆盖,科学家们称之为灾难性的“墨西拿盐度危机”。在接下来的几十年里,科学家们积极尝试寻找地中海盐度危机不容置疑的影响与全球海洋水体历史之间的关系,但收效甚微。在这项研究中,我们对北大西洋的三个DSDP钻孔(552A、608和547A)中169个晚中新世–早上新世岩芯样品中的有孔虫进行了详细研究,包括时常被忽略的小型底栖有孔虫,并对其中82个底栖有孔虫样品和70个浮游有孔虫样品中的特别物种进行了^(18)O和^(13)C分析,以重建北大西洋中新世末期深层环流模式和评估深海环流和墨西拿盐度危机的演变历史。根据δ^(18)O曲线,我们识别出了墨西拿期有九个气候低谷期(M-9到M-1,按地层顺序),其中M-1和M-5期表明冰川加剧使海平面降低了至少60-73米。在这些事件中,随着冰锋从格陵兰岛向冰岛南部扩展,北大西洋深层水强度明显减弱,甚至断流,导致北大西洋深水环流系统发生重大变化。然而,在大部分墨西拿期时间里,我们发现有四个明显的底栖有孔虫Epistominellaexigua丰度主峰(EEP-Ⅳ至EEP-Ⅰ),表明此时的大西洋中部深水区主要被NADW充灌,而此时的南极底层水(AABW)则仅至~43oN附近。此外,这些EEP主峰的碳同位素正偏当归因于高海平面和较弱的大陆侵蚀。通过有孔虫及稳定同位素的综合分析,可以识别出大西洋墨西拿时期具有三个主要古海洋学阶段:1)第一阶段,相当于墨西拿盐度危机,相对于NADW, AABW在北大西洋(522A钻孔)进一步减弱。在EEP-Ⅱ中NADW两次主要低谷期之间, E. exigua丰度陡增表明此时有一短暂的“间冰期”回返, NADW也从大西洋流入地中海盆地,产生了一个主要不整合面,将地中海盆地的蒸发岩一隔为二,分成下蒸发岩与上蒸发岩;2)第二阶段代表墨西拿盐度危机的开始,其中AABW减弱表明盆地之间的流通不良;3)第三阶段,早墨西拿期, EEP-Ⅳ上部显示为墨西拿盐度危机的前奏,此时的深水循环相对停滞。在608和547A钻孔,与盐度危机相关的强烈碳酸盐溶解表明该事件可能使世界海洋的碱性降低,并导致了速溶层和CCD界面位置抬升。

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.