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.pdf

第2 5 卷第3 期现代地质 V 0 1 2 5N o 3 2 0 1 1 年6 月G E O S C I E N C E J u n 2 0 1 1 鄂霍次克海南部O S 0 3 - 1 岩心M I S 6 期以来的沉积 记录及其古环境意义 司贺园，侯雪景，丁旋 ( 中国地质大学海洋学院，北京1 0 0 0 8 3 ) 摘要：通过对取自鄂霍次克海南部的柱状岩心0 S 0 3 1 的古海洋学研究，包括浮游有孔虫壳体A M S “C 测年、底栖有孔 虫壳体6 1 8 0 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0 S 0 3 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，N e o g l o b o q u a d r i n ap a c h y d e r m a ( s i n ) 百分含量变化曲线与G t o b i g e r i n ab u l l o i d e s 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鼍较冰期高。 关键词：沉积记录；浮游有孔虫；古生产力；冰筏碎屑；古表层海水温度；鄂霍次克海 中图分类号：P 7 3 6 2 文献标志码：A文章编号：1 0 0 0 8 5 2 7 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 4 8 2 一0 7 S e d i m e n t a r yR e c o r di nC o r eO S 0 3 - 1f r o mt h eS o u t h e r nO k h o t s kS e as i n c e t h eL a s tI n t e r g l a c i a la n dt h eP a l e o e n v i r o n m e n t a lS i g n i f i c a n c e S IH e y u a n ，H O UX u e - j i n g ，D I N GX u a n ( S c h o o l 矿O c e a nS c o i e l l c e $ ，C h i n aU n i v e r s i t yo f G e o s c i e n c e s ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：C o r eO S 0 3 1w a sr e t r i e v e df r o mt h es o u t h e r nO k h o t s kS e a ( 1 5 0 。0 0 3 6 ”E ，4 9 0 2 97 5 1 ”N ；9 7 5 m e t e r w a t e rd e p t h ) T h ec o r ec o n s i s t so f3 81mo fs i l t yc l a ya n d9 6s a m p l e sw e r et a k e n B a s e do nt h ea n a l y s i so f A M S 1 4C a g e so fp l a n k t o n i cf o r a m i n i f e r a ，o x y g e ni s o t o p e so fb e n t h i cf o r a m i n i f e r a ，o p a lc o n t e n t ，o r g a n i cc a r b o n c o n t e n t ，p l a n k t o n i cf o r a m i n i f e r aa s s e m b l a g e ，i c e r a f t e dd e b r i s ( I R D ) c o n t e n ta n dg r a i ns i z ed i s t r i b u t i o no fs e d i m e n t s t h er e s e a r c hr e c o n s t r u c t e dt h ep a l e o e n v i r o n m e n t a lr e c o r d so v e rt h ep a s t 一1 4 0k a T h er e s u l t sr e v e a lt h a t t h er e l a t i v ea b u n d a n c eo fN e o g l o b o q u a d r i n ap a c h y d e r m a ( s i n i s t r a l ) i sv e r yg o o dn e g a t i v ec o r r e l a t i o nw i t hG o 一 6 枷r i n ab u l l o i d e s ，a n db o t ho ft h et w os p e c i e sc a nb eu s e da st h es e ap a l e o t e m p e r a t u r ep r o x yc o m p a r e dw i t ht h e c u r v eo fo x y g e ni s o t o p e s r 1 1 1 ea b s o l u t ea b u n d a n c eo ft h ep l a n k t o n i cf o r a m i n i f e r a o p a lc o n t e n ta n do r g a n i cc a r - b o nc o n t e n ts h o wt h a tt h ec l i m a t ev a r i a t i o no ft h es t u d ya r e ai so b v i o u s l ya f f e c t e db yg l a c i a l i n t e r g l a c i a lc y c l e ， a n dt h ep a l e o p r o d u c t i v i t yi nt h ei n t e r g l a c i a lp e r i o dw a sr e l a t i v e l yh i g h e rt h a ni nt h eg l a c i a lp e r i o d T h ea n a l y s i s o fI R Da n ds e d i m e n tg r a i ns i z ei n d i c a t e st h a tt h ec o a r s eg r a i nc o n t e n to ft h es o u t h e r nO k h o t s kS e ai nt h ei n t e r - g l a c i a lp e r i o dw a sh i g h e rt h a ni nt h eg l a c i a lp e r i o d K e yw o r d s ：s e d i m e n t a r yr e c o r d ；p l a n k t o n i cf o r a m i n i f e r a ；p a l e o p r o d u c t i v i t y ；i c e r a f t e dd e b r i s ；p a l e o t e m p e r a t u r e ；O k h o t s kS e a 收稿日期：2 0 1 0 0 6 2 0 ；改回日期：2 0 1 l 0 3 0 7 ；责任编辑：潘令枝。 基金项目：中国地质大学( 北京) 团委大学牛课外学术科技作品竞赛学术基金资助项目；海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实 验审开放基金资助项日( M A S E G 2 0 0 6 0 7 ) 。 作者简介：司贺园，女，硕士研究生。1 9 8 7 年出生，海洋地质专业主要从事古海洋学研究。 E m a i l ：s n o w r a i n l 0 2 0 y a h o o o o m c n o 万方数据 第3 期司贺园等：鄂霍次克海南部O S 0 3 - 1 岩心M I s 6 期以来的沉积记录及其古环境意义4 8 3 0 引言 鄂霍次克海是西北太平洋的一个边缘海，周 围以西伯利亚、萨哈林岛、堪察加半岛和千岛群 岛为界。鄂霍次克海虽地处北半球中纬度地区， 但气候条件与极地海洋类似，以每年都有大规模 的季节性海冰覆盖为特征J ，其在全球和地区性 的海洋环境和气候变化中有着重要的作用。由于 海冰的高反射效应和海冰对海洋和大气热传导的 抑制作用，使得海冰的形成成为气候变化中最重 要的因素旧J 。海冰的形成也影响着表层之下的水 体的密度，进而影响全球温盐循环旧J 。此外，鄂 霍次克海高效的生物泵作用，是全球碳循环的关 键一环，直接影响着大气热平衡旧J 。 本文旨在通过对取自于鄂霍次克海南部的岩 心O S 0 3 1 进行古海洋研究，包括浮游有孔虫壳 体A M S1 4 C 测年，底栖有孔虫壳体氧同位素、蛋 白石和有机碳含量测定，浮游有孔虫组合、冰筏 碎屑含量、沉积物粒度等变化特点的分析，研究 该区古表层海水温度、古生产力变化及其古环境 意义。 1 材料与方法 岩心O S 0 3 一l 为2 0 0 3 年雪龙号第二次北极考 察航次在鄂霍次克海南部获得( 图1 ) ，该站位位 于1 5 0 。0 0 3 6 ”E 、4 9 。2 9 5 1 ”N ，水深9 7 5m ，柱状样 长度为3 8 1c m ；对其间隔4c m 取样，共获得9 6 个样品，沉积物主要以粘土质粉砂为主。 选取O S 0 3 一l 岩心位于9c m 、3 5c m 、1 2 4c m 处3 个样品，挑出其中的浮游有孑L 虫种p a c h y d e r m a1 5m g 进行A M S1 4 C 测年，实验在美国伍兹 霍尔海洋研究所进行。由于样品中部分底栖有孔 虫含量不足，因而仅对8 2 个样品挑出个体 1 5 0 斗m 的底栖有孔虫U v g e r n as p p 1 0 个左右进行碳 氧稳定同位素分析，实验在同济大学海洋地质国 家重点实验室进行。其他的实验均在中国地质大 学( 北京) 海洋学院实验室完成：( 1 ) 采用硅钼蓝 分光光度计比色法Ho 进行蛋白石含量分析。( 2 ) 利 用化学滴定法对全部样品进行有机碳含量的测定， 研磨后的样品称重后加入一定量的重铬酸钾一硫 酸标准溶液，在加热条件下使其充分反应，最后 将剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁标准溶液同滴，按 重铬酸钾的消耗量计算样品中的有机碳含量；使 用的加热仪器为电热消解仪。( 3 ) 对全部样品分别 图1鄂霍次克海表层洋流及0 S 0 3 1 岩心采样站位 F i 昏1 S u r f a c ec u r r e n t so ft h eO k h o t s kS e a a n dt h el o c a t i o no f c o r _ e0 S 0 3 1 加入双氧水去除有机质、稀盐酸除去碳酸钙、碳 酸钠除去生源蛋白石的预处理后，使用M a s t e r s i z e r 2 0 0 0 激光粒度分析仪对样品进行沉积物粒度测试， 仪器的测量范围为0 0 1 20 0 0 斗m ，重复测量误 差小于1 。( 4 ) 由于样品量不足，只对其中7 6 个 样品，在实体显微镜下对个体 1 5 0I x r n 的浮游有 孔虫进行属种鉴定并定量统计，同时统计了粒径 2 5 0I t m 的冰筏碎屑个数。 2 地层年代框架 本文将氧同位素测量结果与全球大洋标准氧 同位素曲线【5 1 进行对比，并结合A M S1 4 C 测年结 果，建立了0 S 0 3 一1 年代地层学框架。A M S “C 测 年结果经F a i r b a n k s 0 1 0 7 63 软件校正为日历年龄( 表 1 ) 。将3 个A M S1 4 C 测年校正后的日历年龄作为 年龄控制点，利用沉积速率内插法，将该岩心的 深度转换为日历年龄。 鄂霍次克海0 5 0 3 - l 岩心上部2 8 2c m 可分为5 个氧同位素阶段( M a r i n eI s o t o p eS t a g e ，简称m l s ) 。 M I S l ( 0 2 8c m ) ：表现为末次冰期最盛期后 氧同位素值快速变小，2 8 1 2c m 是氧同位素值由 大向小转折的阶段( 图2 ) ，且1 6c m 处日历年龄为 1 1 1 9k aB P ( 表1 ) ，故2 8c m 处为M I S l M I S 2 期 界线，绝对年龄1 2 0 5k a 怕J 。 万方数据 现代地质 2 0 1 1 钲 表1O S 0 3 1 岩心A M S C 测年和日历年龄校正结果 T a b l e1A M S Ca g e sa n dt h ec a l i b r a t e dc a l e n d a ra g e so f c o r eO S 0 3 - l 黼号榭c m “：警 海洋与大气日历年龄( c a laB P ) 4 0 0a 差a ( F a i r b a n k s 0 1 0 7 ) 图2 鄂霍次克海O S 0 3 1 岩心与全球大洋标准氧同位 素曲线53 对比图 F i g 2 T h ec o m p a r i s o nc h a r to fo x y g e ni s o t o p ec u r v e sb e t w e e nc o r e0 S 0 3 一lf r o mO k h o t s kS e a a n dt h eg l o b a l O C e B X Is t a n d a r d M I S 2 ( 2 8 5 2c m ) ：为末次冰期最盛期，表 现为铲O 曲线呈现较大的谷区，M I S 2 M I S 3 期界 限应在5 2c m 处( 图2 ) ，绝对年龄为2 4 1 1k a 口J 。 M I S 3 ( 5 2 1 5 6c m ) ：末次冰期( M I S 2 一 M I S 4 ) 中的一个间冰段，其艿1 8 0 水平仅达典型间 冰期M I S 5 的2 3 po ，而6 8c m 处的A M S ”C 测年 年龄为4 8 5k aB P ( 表1 ) ，甚至晚于1 6c m 处，且 此样点氧同位素值也异常小，与其上、下点差异 甚大，推测可能是混样，M I S 3 M I S 4 期的界限划 在1 5 6c m 处( 图2 ) ，绝对年龄为5 8 9 6k a 。 M I S 4 ( 1 5 6 1 7 9e m ) ：属冰期，M I S 4 M I S 5 期 的界限划在1 7 9c m 处( 图2 ) ，绝对年龄为7 3 9 1k a 。 M I S 5 ( 1 7 9 2 8 2c m ) ：为一典型的间冰期， 2 4 6c m 处氧同位素值出现第二个峰值，其值甚至 小于该岩心M I S l 最小值，推测为M I S 5 5 ，年龄约 为1 2 2 8 2k aB P 1 ；而此处浮游有孔虫壳体A M S 1 4 c 测年年龄却为4 4 6k aB P ( 表1 ) ，这是因为该 位置超过了1 4 C 测年范围( 5 7 万a ) ，导致c 测 年数据不可信。该期有3 个小同位素值事件，即 1 8 4c m 的M I s 5 1 期、1 9 6c m 的M I S 5 3 期和2 4 6 c m 的M I S 5 5 期，因此M I S 5 M I S 6 期的界限在2 8 2 c m 处( 图2 ) ，绝对年龄为1 2 9 8 4k a 。 根据现有材料，无法确定鄂霍次克海O s 0 3 1 岩心2 8 2c m 以下M I S 6 期与M I S 7 期的界限，故在 本文中将这部分统称为M I S 6 期。 3 结果 3 1 浮游有孔虫组合 该海区位于北半球中纬度地区，但气候条件与 极地海洋类似，以季节性的大规模海冰覆盖为特 征，浮游有孔虫组合中p a c h y d e r m a 和G - b u l l o i d 坦s 为常见类型，其中p a c h y d e r m a 有左、右旋之分， 但以左旋壳为主。同时个别样品中出现少量的N e o - 咖6 0 呵z o 扰n 血d u t e r t r e i 、G l o b i g e r i n i t ag l u t i n a t a 、G l o b o - r o t a l i ai , 矿T a t a 、G l o b i g e r i n o i d e st u b e r 属种o p a c h y d e r m a ( s i n ) 含量在M I S l 、M I s 3 、M I S 5 期相对较低，在M I S 2 期相对较高( 图3 ) 。M I S 6 期，p a c h y d e r m a ( s i n ) 含量波动频繁，最大值出 现在3 3 0C B 处，为9 2 8 ，最小值出现在3 6 6c m 处，为2 3 8 ，全期平均值为5 4 0 。M I S 5 期， p a c h y d e r m a ( s i n ) 含量整体上在2 8 2 2 5 8c m 段 递减，最小值出现在2 5 8C B 处，为2 5 6 ，2 5 8 2 3 8c m 段递增，最大值为8 2 4 。该波动出现在该 期早期，平均值为6 1 3 。从M I S 5 中期至M I S 3 中 期，p a c h y d e r m a ( s i n ) 几乎没有出现。M I S 3 晚 期，在7 6 7 2c m 处p a c h y d e r m a ( s i n ) 含量由 7 5 5 降低到6 0 6 ，在6 0 4 8c m 段该种没有 记录，该期平均值为6 8 0 。从M I S 2 中晚期开 始，p a c h y d e r m 尬( s i n ) 含量从8 5 3 ( 4 0c m ) 持 续减小到M I S l 的3 5 5 ( 8c m ) ，之后又升高到 6 2 2 ( 0c m ) ，M I S 2 期的平均值为8 1 5 ，M I S l 期的平均值为5 8 1 。 G b u l l o i d e s 含量变化与p a c h y d e r m a ( s i n ) 呈 明显的负相关( 图3 ) 。M I S l 、M I S 3 、M I S 5 期的最 大值分别为6 3 O ( 8c m ) 、3 6 6 ( 7 2c m ) 、 7 3 1 ( 2 4 6c m ) ，平均值分别为3 9 5 、2 4 9 、 2 8 1 。M I S 2 期最大值为1 4 8 ( 3 2c m ) ，平均 值为1 1 8 。M I S 6 期波动频繁，最大值出现在 3 6 6c m 处，为7 6 2 ，最小值出现在3 3 0c m 处， 为3 6 ，平均值为4 2 0 。 其他种属统计结果如下：在M I S 6 期的3 0 2c m ( 4 8 ) 和2 9 8c m ( 1 8 ) 处，M I S 5 期的2 7 8c m ( 1 3 9 ) 、2 7 0c m ( 3 3 ) 、2 6 2c m ( 3 ) 、2 5 8 c m ( 1 7 ) 、2 5 4c m ( 4 0 ) 、2 2 2c m ( 1 0 0 ) 处， M I S 3 时的7 6c m ( 1 9 ) 处，分别出现3 、l 、3 3 、 万方数据 第3 期司贺园等：鄂霍次克海南部0 S 0 3 - 1 岩心M I S 6 期以来的沉积记录及其古环境意义4 8 5 图3 鄂霍次克海0 S 0 3 - 1 岩心Mp a c h y c l e r m a ( s i n ) 百分 含量、G b u l l o i d e s 百分含量与氧同位素曲线对比图 F i 昏3 D o w n c o r ev a r i a t i o no ft h eo x y g e ni s o t o p e s ，r e l a t i v e a b u n d a n c eo fG b u l l o i d e sa n d p a c h y d e r m a ( s i n ) o fc o r eO S 0 3 1f r o mt h eO k h o t s kS e a l 、1 8 、2 4 8 、5 1 7 、1 、1 个d u t e r t r e i 。在M I S 3 期 7 6c m ( 3 8 ) 处出现2 个G g l u t i n a t a 。在M I S 3 期 7 6c m ( 1 9 ) 处出现1 个G i n f l a t a 。在M I S S 期的 2 7 4c m ( 2 7 ) 处、在M I S 3 期9 8c m ( 3 3 3 ) 处 均出现1 个G t u b e r 。 3 2 浮游有子L 虫绝对丰度、有机碳含量、蛋白石 含量变化特征 鄂霍次克海0 S 0 3 - 1 岩心浮游有孔虫绝对丰 度、有机碳含量、蛋白石含量变化趋势反映出以 下特征( 图4 ) ：( 1 ) 3 者在M I S l 、M I S 3 、M I S S 期 整体含量较高，而在M I S 2 、M I S e r 期含量较低，在 M 1 S 6 期变化较复杂。( 2 ) M I S 6 期，浮游有孔虫绝 对丰度最大值为1 3 1 - g ( 2 8 2c m ) ，最小值为零， 变化幅度较大；有机碳含量变化趋势与浮游有孔 虫丰度相符，在3 7 0c m 和2 8 6c m 处有两个小峰值 出现；蛋白石含量变化不大，基本在4 一5 之 间。( 3 ) M I S S 期，3 者均在2 4 0c m 处出现一个高 峰，有孔虫丰度高达84 9 2 爪g ，有机碳含量为 0 8 1 ，蛋白石含量为2 3 6 。( 4 ) 从M I S S 期中 期至M I S 3 期中期，浮游有孔虫绝对丰度几乎为 零，而有机碳( 平均约为0 7 1 ) 和蛋白石含量 ( 平均约为4 1 ) 变化不大；在M I S 3 期晚期，3 者含量均在7 0c m 附近出现峰值。( 5 ) 在M I S 2 期， 3 者均出现相对低值，变化不明显，全期平均值分 别为8 9 个g 、0 5 4 、7 0 。( 6 ) M I S l 期，浮 游有孔虫丰度最大值为2 6 5 3 个g ( 2 0c m 处) ；有 机碳含量出现两个峰值，分别为1 2 6 ( 0c m ) 和 1 2 l ( 6c m ) ；蛋白石含量旋回特征不明显，最 大值为4 l ( 2c m ) 。 3 3 沉积物粒度特征 从鄂霍次克海0 S 0 3 一l 岩心冰筏碎屑含量、平 均粒径、中值粒径、各粒级含量与氧同位素曲线 ( 图5 ) 可以看出，0 S 0 3 1 岩心粒度总体趋势呈现 冰期粗颗粒( 粒度 6 3 岬的细砂级颗粒“ o ) 含量 降低、间冰期粗颗粒含量增加的特点。 对粒度进行统计分析，得到了平均粒径、中 值粒径及不同粒径的组分含量数据。O S 0 3 一l 岩心 沉积物平均粒径变化范围为3 6 一1 1 5 1t t m ，平均 4 0 2 斗m ；中值粒径变化范围为2 7 8 0 5p m ， 平均2 0 7I x m ；按照伍登一温德华一 值标准。川划 分的4 种不同粒级的颗粒0 2 斗m ( 粘土级) 、2 图4 鄂霍次克海0 S 0 3 - 1 岩心浮游有孔虫绝对丰度、有机碳含量、蛋白石含量与氧同位素曲线对比图 F i 昏4 D o w n c o r ev a r i a t i o no ft h eo x y g e ni s o t o p e ，r e l a t i v ea b s o l u t ea b u n d a n c eo fp l a n k t o n i cf o r a m i n i f e r a ，o r g a n i cc a r b o nc o n t e n t a n do p a lc o n t e n to fc o r e0 S 0 3 一lf r o mt h eO k h o t s kS e a 万方数据 现代地质 2 0 1 1 正 图5 鄂霍次克海0 S 0 3 1 岩心冰筏碎屑含量、平均粒径、中值粒径、各粒级百分含量与氧同位素曲线对比图 F i g 5 D o w n c o r ev a r i a t i o no ft h eo x y g e ni s o t o p e ，i c e r a f t e dd e b r i sc o n t e n t ，m e a ng r a i ns i z e ，m e d i a ng r a i ns i z ea n df o u r m a i ng r a i ng r o u p so fc o r e0 S 0 3 一lf r o mt h eO k h o t s kS e a 8 “m ( 亚粘土级) 、8 6 3 斗m ( 粉砂级) 以及 6 3 斗m ( 细砂级) 含量变化范围分别为1 3 8 一 3 6 4 l 、6 1 3 一5 6 1 1 、7 4 7 5 8 6 4 、0 5 5 7 8 ，其平均值分别为1 0 5 7 、2 4 0 9 、 4 3 0 0 、2 2 3 2 。分析各条曲线的变化特征， 发现0 S 0 3 1 岩心沉积物粒度总体趋势呈现冰期粗 颗粒含量降低、间冰期粗颗粒含量增加的特点。 在M I S 6 阶段，平均粒径变化幅度较大( 1 9 7 1 0 7 4I x m ) ，早期和中期波动较为频繁。在M I S 6 末期，平均粒径较低。在M I S 5 期，平均粒径增大 至6 6 8 斗m ，随后逐渐下降。至M I S 4 期，下降至 平均2 3 8 斗m ，且波动较小。进入M I S 3 ，平均粒 径逐渐增大，出现3 个高峰，分别是8 2 5e m 、 1 1 2c m 、1 2 0c m 处的1 1 5 1I x m 、8 4 2I - L m 、9 7 6 “m ，平均为4 0 6I x m 。至M I S 2 期又逐渐降低，平 均2 7 8 斗m ，在M I S 2 中期，出现3 5 7I x m 的低 值，末期时平均粒径突然增大至5 9 8 斗m 。随后在 M I S l 时期，在2 7 9 4 7 7t x m 之间波动。该孔中 值粒径和细砂级( 6 3 恤m ) 颗粒含量曲线与平均 粒径的变化趋势基本一致；亚粘土级( 2 8 斗m ) 和粘土级( 0 2 斗m ) 颗粒含量变化趋势基本一致， 不同之处在于粘土级颗粒含量在M I S 4 时期出现小 波动，亚粘土级颗粒含量在这一时期未出现明显 变化，这两个粒级在M I S 6 - - M I S 3 期间的变化区间 分别是4 1 1 5 7 和1 1 4 一3 4 7 ，变化幅 度较小；而它们的变化趋势与平均粒径、中值粒 径和细砂级颗粒含量的趋势基本相反，呈现冰期 高、间冰期低的特点。粒径8 6 3 斗m 的粉砂级颗 粒含量变化趋势则有所不同。在M I S 6 、M I S 5 、 M I S 4 ，其变化范围为2 8 2 一5 5 8 ，并无明显 变化。在M 1 S 3 期，波动较大，含量先增大，后减 小，尔后又有增大。在M I S 3 - - M I S 2 期间，含量在 3 8 1 一4 0 3 之间变化。在M I S 2 中期4 0c m 处 出现最低值7 4 7 。至M I S l 期波动范围较小，在 3 3 3 一4 3 1 之间。 4 讨论 首先需要说明的是，O S 0 3 1 岩心6 8c m 处可能 是混样，所以由该点附近的曲线变化所推测的古表 层海水温度和古生产力的变化可能是不准确的。 4 1 古表层海水温度变化 浮游有孔虫对海水温度的变化反应极为灵敏， 可以用浮游有孔虫的特殊指温种的百分数来推测 古海水温度的变化旧J 。浮游有孔虫左、右旋壳的 比例与温度的变化有着内在联系，极地常见种 p a c h y d e r m a 在高纬度冷水环境中以左旋壳类型 为主，低纬度温暖环境中则以右旋壳类型为主， 其旋向早已被用来指示水温，左旋壳适宜生活在 表层平均温度3 以下的海洋环境中，右旋壳适 宜生活在表层平均温度为1 4 1 6 及以下的海洋 环境中一；G b u l l o i d e s 为亚极区凉水种，在北太平 洋，其生活的海水平均温度为9o C 【l0 1 。通过对 p a c h y d e r m a ( s i n ) 含量和G b u l l o i d e s 含量的对比 分析认为上述两种可以作为该海区古表层海水温 万方数据 第3 期司贺园等：鄂霍次克海南部0 S 0 3 一l 岩心M I S 6 期以来的沉积记录及其古环境意义4 8 7 度替代指示种。 浮游有孔虫种的含量不仅受古表层海水温度 的控制，同时还受生活水层、营养供应、海水盐 度、上升流、溶解度等众多因素的制约【8J ，在 M I S 5 期中期至M I S 3 期晚期，由于全球气候变冷， 海冰覆盖使浮游有孔虫的生存环境受到严重的破 坏，p a c h y d e r m a ( s i n ) 含量只有0 2 个的记录， 无法反映古表层海水温度的变化。 此外，在M 1 S 3 期晚期和M I S 5 期早期有少量 G i n f l a t a 和G r u b e r 的出现，其中G i n f l a t a 属“深 层水种”，北太平洋最高含量出现在日本以东3 0 0 N 4 0 0 N 区，此种常出现在南北太平洋沉积物最 为丰富的地点，平均水温1 7 4 ，是中央水团的 代表种；G r u b e r 属“浅层水种”，普遍分布在4 5 0 N - 4 5 。s 之间，所生活的水体平均温度为2 3 8 。 但在以往的研究中，在该海区未曾有过以上两属 种的出现记录，故推测这两个种是由低纬度水团 携带而来。G i n f l a t a 的出现推测是由黑潮的分支 对马暖流从低纬度地区经宗谷海峡携带到该海域 的，G r u b e r 的出现可能是由太平洋经千岛群岛流 人的表层水体携带而来，也可能与G i n f l a t a 进入 该海域的途径相同，但均表明在M I S 3 期晚期和 M I S 5 期早期有大量暖水注入鄂霍次克海南部海 域，古表层海水温度升高。 在M I S 2 、M I S 4 期，沉积物中冰筏碎屑的含量 较少，平均粒径和中值粒径也较小，推测此时日 照量低，海冰大量形成，海水表层温度较低；在 M I S 2 - - M I S I 、M l s 4 一M I S 3 期间，冰筏碎屑含量增 加，平均粒径和中值粒径也开始增大，指示此时 气候开始变暖o ；在M I S l 、M 1 S 3 、M I S 5 期，冰 筏碎屑含量较多，平均粒径和中值粒径较大，推 测此时海冰面积缩小，海水表层温度较高。 综上所述，鄂霍次克海南部晚更新世以来的 古表层海水温度变化情况为：M I S 6 期全期温度变 化频繁，但总体呈阶梯状降低趋势；M I S 5 期早期 温度迅速升高，随后降低；M I S 5 期中期一直到 M I S 3 期中期古表层海水温度变化不明显，保持稳 定；M I S 3 期晚期温度首先迅速升高，之后降低直 到M I S 2 期中期达到最低；M I S 2 期中期开始温度 逐渐升高，到M I S I 期达到最高值后稍有降低。总 体上，古温度在M I S I 期、M I S 3 晚期、M I S 5 早期 较高。这与全球相对较暖时期为M I S l 、M I S 3 、 M I S 5 期，M I S 2 期最冷，M I S 4 期较冷的说法基本 上是相符的。 4 2 古生产力变化 已有研究表明鄂霍次克海的有机质主要为海 洋来源o ，有机碳的埋藏速率很大程度受到了古 海洋生产力的控制，可被用来作为古海洋生产力 替代性指标。此外，生物硅质沉积、微体化石丰 度值及其组合也可反映古生产力的变化“”J 。该 海区古生产力变化从浮游有孔虫的绝对丰度、有 机碳含量、蛋白石含量3 个方面综合分析得出： 古生产力整体表现为冰期减少，间冰期增加。 M I S l 期、M I S 3 晚期、M I S 5 5 期，古生产力出现 明显峰值，特别是M I S l 期的异常高值也见于 M D 0 1 - 2 4 1 2 岩心0 1 4 。另外，M I S 5 5 期大量出现高 生产力指示种d u t e r t r e i 也为该期古生产力明显峰 值提供又一证据。M I S 2 期、M I S 4 期古生产力变化 不大，且M I S 2 期古生产力最低。 大洋表层水生产力受多种因素制约，造成大洋 各区生产力差异的原因有营养、光照强度、温度、 洋流、局部气候、雨量和离岸距离等多种因素，其 中最关键、最根本的当属营养元素的丰富程度5 J 。 鄂霍次克海每年都会有季节性海冰的覆盖，有来自 日本海温暖而咸的对马暖流的流入，有黑龙江等河 口大量淡水的注入，有千岛寒流的影响，有十分显 著的季风气候等，这些因素都对鄂霍次克海南部的 生产力产生影响。末次冰盛期M I S 2 海平面最低， 但该岩心沉积速率并不是最高的，可能是因为该岩 心所在位置距岸较远，陆源物质供应量并不明显随 冰期、间冰期发生变化；所以陆源营养物质的供应 似乎并不是造成研究区古生产力变化的主要原因。 该岩心古海洋表层生产力在冰期、间冰期变化，其 可能原因主要有以下两点： ( 1 ) 古生产力的变化与表层水温有关，表层水 温升高有益于浮游生物的生存。首先，表层水温 变化与全球气温变化相关：M I S I 期、M I S 3 晚期、 M I S 5 5 期3 个阶段处于全球温度相对比较高的时 期，季节性的海冰覆盖时间较短，表层水温增加， 尤其M I S 5 5 期表层海水温度要比现在高HJ ，其中 该站位浮游有孔虫指温种p a c h y d e r m a ( s i n ) 和 G b u l l o i d e s 也明显指示研究区表层海水温度上升 ( 图3 ) ，古生产力较高；M I S 2 期和M I S 4 期，全球 气候变冷，季节性的海冰覆盖时间较长、面积也 较大，影响浮游植物进行光合作用，生物生产力 较低。其次，表层水温变化与对马暖流的注入量 有关：间冰期海冰消融海平面上升，其中M I s 5 5 期的海侵范围最广M ，O k a z a k i 等4o 基于硅藻记 万方数据 现代地质 2 0 1 1 钽 录分析认为对马暖流在1 2 1 4k a 和M I S S 5 期流 人鄂霍次克海区，使表层水温升高；冰期时，日 本海几乎与海洋隔绝，同时海平面大约下降1 2 0 m ；因此，宗谷海峡在冰期的相当一段时期内一定 是封闭的，在此期间，通过宗谷海峡进入鄂霍次 克海的暖水团中断垆1 6 1 ，没有暖流的流经，表层 水温比较低。 ( 2 ) 古生产力的变化与营养物质的供应有关， 营养物质的供应充分有利于浮游生物生存。在间冰 期，冰筏碎屑与陆源粗颗粒物质含量增加( 图5 ) ， 海冰面积缩小，陆地冰川消融，携带有大量营养物 质的融冰水注入海水，使得海水表层营养力提高。 在冰期，冰筏碎屑与陆源粗颗粒物质含量减少( 图 5 ) ，海冰面积与覆盖时间均变大，影响了表层水的 营养供应，进而造成表层生产力的下降。 5 结论 ( 1 ) 鄂霍次克海0 S 0 3 1 岩心p a c h y d e r m a ( s i n ) 含量、G b u l l o i d e s 含量与氧同位素曲线对比 显示，前者含量在冰期增加、间冰期减小，而后 者与之相反，这两个种属均可以作为该海区古表 层海水温度指示种。 ( 2 ) 冰期( M I S 2 、M I S 4 ) 时，该海区古生产力 水平较低，陆源粗颗粒含量较少，平均粒径较小， 冰筏碎屑含量较少，说明当时日照量减少导致全 球气温降低，海冰大量形成且覆盖时间较长，河 流注入量少，海平面降低，宗谷海峡封闭，该海 区没有暖流注入。间冰期( M I S l 、M I S 3 、M I S 5 ) 时，该海区古生产力水平较高，粗颗粒物质百分 含量较大，平均粒径较大，冰筏碎屑含量多，指 示当时日照量增加，全球气温升高，大量海冰以 及大陆山岳冰川迅速融化，筏冰增多，河流注入 量增大，营养物质供应充分，有利于浮游生物 生存。 致谢：本论文得到中国地质大学( 北京) 团委 第八届“创新杯”大学生课外学术科技作品竞赛项 目、海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室 开放基金资助项目( M A S E G 2 0 0 6 0 7 ) 资助；样品来 自国家海洋局第一海洋研究所；样品实验分析得 到中国地质大学( 北京) 海洋学院实验室刘秀明老 师、赵悦和郑娜的指导帮助，在此一并致谢。 参考文献： 1 Y a n gJ ，H o n j oS M o d e l i n gt h en e a r - f r e e z i n gd i c h o t h e m a ll a y e r i nt h eS e ao fO k h o t s ka n di t si n t e m n n u a lv a r i a t i o n s J J o u r n a l o fG e o p h y s i c a lR e s e a r c h 。1 9 9 6 ，1 0 1 ：1 6 4 2 1 1 6 4 3 3 2 赵进平，李涛极低太阳高度条件下穿透海冰的太阳辐射 研究 J 中国海洋大学学报，2 0 0 9 ，3 9 ( 5 ) ：8 2 2 8 2 8 3 刘焱光，石学法，吕海龙日本海、鄂霍次克海和白令海 的古海洋学研究进展 J 海洋科学进展，2 0 0 4 。2 2 ( 4 ) ： 5 1 9 5 3 0 4 M o r t l o c kRA ，F r o e l i c hPN As i m p l em e t h o df o rt h er a p i dd e t e r m i n a t i o no fb i o g e n i co p a li nt h ep d g i cm a r i n es e d i m e n t s J 】 D e e p S e aR e s e a r c h1 1 1 9 8 9 ，3 6 ( 9 ) ：1 4 1 5 1 4 2 6 5 M a r t i n s o nDG ，P i s i a sNG ，H a y sJD A g ed a t i n ga n dt h eo r b i t a l t h e o r yo f t h ei c ea g e s ：