末次冰期内威德尔海的冰筏碎屑增多事件与底流增强事件的耦合性

晚第四纪的气候变化控制了南极地区的冰架进退。冰架崩塌形成的冰山在其破碎、漂流、融化过程中把冰筏碎屑(IRD)搬运到海洋中。同时,大量的冰川融水促进了海洋垂直剖面结构和动力的改变,从而影响冰筏碎屑的沉积过程。此前对于揭示极地海域冰筏碎屑与底流活动变化之间关系的研究尚不充分。因此,本文分析了南极威德尔海西北部柱状沉积物的沉积记录,在对比沉积物粒度数据特征、分析沉积物端元模型的基础上,发现4次明显的沉积物粒度变化事件和底流增强事件同时发生。这种同步性说明冰架系统与海洋环境之间存在内在的调节机制。两次较强的冲刷事件证明岩心形成过程中存在着两次沉积间断,同时也合理地解释了古地磁数据和AMS^(14)C数据存在的显著年龄差异。此外,鉴于D4-9岩心样品蛋白石、有机碳等指标均指示了极低的输出生产力情况,且与冰期的生产力水平相当,推断该岩心主要形成于末次冰期期间。综上分析,D4-9岩心所记录的事件反映出南极地区千年尺度的气温变化诱发了冰架的后退,导致了明显的冰筏碎屑事件和底流增强事件,解释了威德尔海区冰架-海洋过程的内在耦合关系。

白令海北部陆坡23ka以来古生产力变化及其对海冰扩张的响应

本文基于白令海北部陆坡ARC6-B11岩心的沉积物粒度、颜色反射率、有机碳/氮含量和高分辨率化学元素XRF扫描数据,结合底栖和浮游有孔虫AMS14C测年资料,重建了研究区23ka以来至中全新世的沉积记录,重点研究了海冰的扩张变化对生产力和沉积物输入的影响。研究结果显示,末次盛冰期白令海北部陆坡受到海冰南向扩张的影响而生产力较低,沉积物中砂粒级和冰筏碎屑(IRD)含量较高。HS 1时期由于受到常年冰的覆盖,沉积物中砂粒级和IRD含量存在低值,沉积物中较高的总有机碳(TOC)含量受陆源有机质的影响较大,异常的TOC含量峰值主要受到低海平面和海冰形成过程产生的富氧水团控制下的高浓度细粒物质携带的陆源有机质的快速沉积作用的影响,难以作为反映白令海古生产力的替代指标。B/A暖期和全新世生产力较高,在B/A暖期存在Ca/Ti峰值现象,Ca/Ti峰值现象的产生与碳酸盐补偿深度增加有关,水体通风条件的改变可能起到一定的作用,也不能忽视颗石藻对其产生的潜在影响。

西北冰洋表层沉积物中生源和陆源粗组分及其沉积环境

通过中国第1至第3次北极科学考察在北冰洋西部所采集的99个表层沉积物中生源与陆源粗组分的分析,研究了该海域表层生产力的变化,有机质来源以及陆源粗颗粒物质的输入方式和影响因素。研究区域生源组分所反映的表层生产力变化与通过白令海峡进入楚科奇海的3股太平洋洋流密切相关。楚科奇海西侧高盐高营养盐的阿纳德尔流流经区域,表层生产力普遍较高;东侧低盐低营养盐阿拉斯加沿岸流流经区域,浮游硅质生物生产力低,并且受陆源有机质输入影响显著。阿尔法脊和楚科奇海台较高的浮游钙质生物生产力与北大西洋水的注入密切相关。楚科奇海陆架区低的浮游钙质生物生产力与陆源物质的稀释作用和浮游钙质生物生活水深有关;加拿大海盆区低的浮游钙质生物生产力主要受到碳酸钙溶解作用的影响。研究区域表层沉积物中的陆源粗组分-冰筏碎屑(ice-rafted detritus,IRD)的分布主要受海冰和冰山的搬运,陆缘冰输入,河流输入以及太平洋入流水的影响。白令海峡入口处的陆源粗颗粒沉积主要受太平洋入流水影响;阿拉斯加近岸海域的陆源粗颗粒沉积来自于陆缘冰以及河流的输入;而北风脊高的IRD含量主要是由海冰和冰山所携带,被波弗特环流搬运至此,伴随着海冰和冰山的融化并卸载进入沉积物中。

白令海北部陆坡100ka来的古海洋学记录及海冰的扩张历史

白令海北部陆坡B2-9柱状样中生源组分的研究显示,自MIS 5.3期以来表层生产力指标的粗组分和蛋白石含量呈阶梯状增加,反映表层生产力阶段式的增长.全新世表层生产力达到最高,并且MIS 3.2～2期高,比MIS 5.3～3.3期最低.高有机碳含量对应于高C/N比值,显示有机碳混合来源,不能作为表层生产力的指标.MIS 5.1,3.3～3.2期和全新世高的有机碳含量和C/N比值反映间冰期陆源有机物质输入量的增加.MIS 5.3期至中全新世,不断增加的陆源砂级和粉砂级颗粒组分说明随着气候的逐渐变冷,陆架海冰在不断扩张.伐冰碎屑和碳屑颗粒冰期、间冰段和末次冰消期升高,而间冰期降低,反映冰期白令海陆架海冰扩张和间冰期海冰消融的过程.冰期海冰扩张与北美大陆气候的相互关联,揭示了晚第四纪冰期旋回中自令海海冰扩张及其对全球气候变化的响应.

鄂霍次克海南部OS03-1岩心MIS6期以来的沉积记录及其古环境意义

通过对取自鄂霍次克海南部的柱状岩心OS03-1的古海洋学研究,包括浮游有孔虫壳体AMS14C测年、底栖有孔虫壳体δ18O分析、蛋白石含量测定、有机碳含量测定、浮游有孔虫组合、冰筏碎屑含量变化、沉积物粒度分析等内容,建立鄂霍次克海OS03-1岩心年代地层学框架,分析该海区古表层海水温度、古生产力变化,并研究其古环境意义。结果表明,Neogloboquadrina pachyderma(sin.)百分含量变化曲线与Globigerina bulloides百分含量变化曲线呈很好的负相关性,与氧同位素曲线对比显示,两者均可作为该海区古温度替代性指标;浮游有孔虫绝对丰度、蛋白石含量、有机碳含量变化显示,研究区古生产力水平整体表现为间冰期较高、冰期较低;冰筏碎屑和沉积物粒度特征指示,鄂霍次克海南部间冰期陆源粗颗粒百分含量较冰期高。

西北冰洋冰筏碎屑指示的MIS 5以来冰盖和洋流的演化历史

通过西北冰洋楚科奇边缘地区4个柱状沉积物组成的岩芯断面,分析MIS5以来粗颗粒(>250μm)冰筏碎屑(IRD)的岩矿组成,确定西北冰洋不同时期IRD的来源和搬运模式,进而重建MIS5以来欧亚冰盖和北美冰盖的消长以及北冰洋海盆中表层洋流的演化历史。研究结果显示MIS5.5和MIS5.1期间,波弗特环流的影响范围大于MIS1期,而在MIS5.4~5.2期间,波弗特环流的影响范围小于现代;MIS4期间,岩芯中发现了大量来源于欧亚冰盖或东西伯利亚海冰盖的冰川浊积物,冰盖可能扩张到了楚科奇边缘地区南部;在同一时期,在楚科奇边缘地区南部的岩芯中IRD几乎全部为铁锰结核,可能受到了欧亚冰盖或东西伯利亚海冰盖的影响,但铁锰结核与欧亚冰盖的关系仍需进一步研究;MIS3期间,波弗特环流的影响范围和强度略弱于现代;在末次冰盛期,研究区受到以劳伦冰盖为主要来源的冰川浊积物输入;在末次冰消期,研究区发生了一次来源于北美劳伦冰盖的冰融水排泄事件;在MIS1期,西北冰洋主要受到波弗特环流的控制,将来源于加拿大北极富含碎屑碳酸岩的IRD带入北冰洋海盆。