南海南部120ka以来元素地球化学记录的东亚夏季风变迁.pdf

专题研究 矿物岩石地球化学通报 Bu l l e t in o f M ine r a l o g y， P e t r o l og y a n d Ge o ch e mis t r y Vo 1 2 9 No 2， Ap r 2 0 1 0 南海南部 1 2 0 k a以来元素地球化学 记录的东亚夏季风变迁 梅 西 ， 张训华 ， 郑洪波 ， 刘 锐 ， 谢 昕 ， 黄恩清 1 中国科学院 海洋研究所， 山东 青岛 2 6 6 0 7 1 ； 2 国土资源部 海洋油气资源与环境地质重点实验室， 山东 青岛 2 6 6 0 7 1 ； 3 中国科学院研究生 院， 北京 1 0 0 0 4 9 ； 4 南京 大学 地球科 学系 表生地球 化学 研究所 ， 南 京 2 1 0 0 9 3 ； 5 同济大学 海洋地质 国家重点实验室 ， 上海 2 0 0 0 9 2 摘 要： 利用 XR F岩芯元素扫描仪对南海南部 MD 0 5 2 8 9 6孔 岩芯样 品进 行 l cm 问隔的元素 测试。该 孔底部年龄 约为 1 2 0 k a 。研 究表 明， 南海南部 间冰期夏季风 活动增 强， 上 升流发育； 夏季风和 降雨带来 的陆源有机物输入增 加， 提高 了表层的生产 力； 冰期夏季风减 弱， 陆源有机 物输入减少 ， 表层 生产力 降低 。海洋表 层生产力在 MI S 3早 期( 6 0 4 O k a ) 较高， 指 示该 时有特 强的夏季风 ， 上 升流作用增强。B a T i值表明东亚夏季风 的强弱变 化， 并 与北半球夏季 日射量基本呈线性关系， 体现 了东亚夏 季风演化的天文驱动机制。 关键词 ： 南海南部 ； 晚第 四纪； 元素地 球化学； 东亚夏季风 ； 生产 力 中图分类号 ： X 1 4 2 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 7 2 8 0 2 ( 2 0 1 O ) 0 2 0 1 3 4 0 8 El e me nt Ge o che m is t r y Re co r d in So u t he r n S o ut h China Se a Se dime n t s du r ing t he Pa s t 1 2 0 ka a nd I t s I mpl i ca t i on s f o r Eas t As ia n Su m me r M o n s o on Va r ia t io n M EI Xi 。 ，ZH ANG Xu n h ua ，ZHENG H o n g_ b o ，LI U Ru i ， XI E Xin ，H UANG En - q in g 1 I n s t it u t e o fOce a n o l o g y，Ch in e s eAca d e my S ci e n ce s ，Q n g d a o 2 6 6 0 7 1 ， Ch in a； 2 Ke yL a b o r a t o r y o fMa r i n e Hy d r o ca r b o n Re s o u r ce s a n d En v ir o n me n t a l G e o l o g y，Min is t r y o f La n d a n d Re s o u r ce s ，Qi n g d a o 2 6 6 0 7 1 ， C t ffn a； 3 Gr a d u a t e S ch o o l ， C h in e s e Aca d e m y o f S cie n ce s ，B e i j i n g 1 0 0 0 3 9 ， C h in a ； 4 I n s t it u t e o f S u r f ici a l G e o ch e mis t r y， S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o fMin e r a l De p o s it Re s e a r ch，De p a r t me n t o f Ea r t h Scie n ce s ，Na n j in g Un iv e r s it y，Na n j in g 2 1 0 0 9 3 ，C h i n a； 5 St a t e Ke y La b o r a t o r y o f Ma r i n e Ge o l o g y， To n g j i U n iv e r s it y， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2， C hi n a Ab s t r a ct ： El e me n t co n t e n t s in e v e r y l cm in t e r v a l o f t h e s e d ime n t co r e M D0 5 2 8 9 6，wh ich wa s co l l e ct e d i n t he s o u t he r n a r e a o f S o u t h Chi n a S e a，we r e a n a l y z e d b y XRF Co r e Sca n n e r Th e r e s u l t s in d i ca t e d t h a t t he a g e o f t h e b o t t o m s e d ime n t wa s 1 2 0 k a ，a n d e l e me n t a r y r a t i o s a r e o f s ig n i f i ca n t i nd ica t i o n s in t h is co r e Th e co n t e nt o f Ti ca n b e u s e d a s a n in d ica t o r f o r t h e v a r ia t io n o f t e r r ig e n o u s d e b r is co n t e n t s ；t h e r a t i o o f B a Ti in d i ca t e s t h e p a l e o p r o d u c t i v it y ch a n g e in t h e s u r f a ce l a y e r o f t he s e a I t is s h o we d t h a t ，d u r i n g t h e i n t e r g l a cia l p e r io d，t he s u mme r mo n s o on wa s i n t e n s i f i e d a n d u p s t r e a m wa s d e v e l o p e d，me a n wh il e ，t he t e r r i g e n o u s o r g a n i c ma t t e r i n p ut b r o u g h t b y s u mme -r mo n s o on a n d r a in f a l l wa s in cr e a s e d a cco r d i n g l y，wh ich ca u s e d t h e in cr e a s i n g o f s u r f a ce p r o d u ct i v i t y；d u r i n g t h e g l a cia l pe r i o d，s u mme r mo n s o o n wa s we a k e n e d，t h e t e r r ig e n o u s o r g a n ic ma t t e r i n p u t wa s d e cr e a s e d，t h e r e f o r e ，t h e p r o d u ct iv it y in t h e s u r f a ce l a y e r wa s co r r e s p o n d in g l y d e cr e a s e d Pr o d u ct i v it y i n t he s u r f a ce l a y e r wa s r e l a t i v e l y h i g h d u r in g e a r l y M I S3 ( 6 0 4 O k a) r e v e a l e d e x t r e me l y s t r o n g s u mme r mo n s o o n a n d e nh a n ce me n t o f t h e u p s t r e a m e f f e c t Th e a p p r o x ima t e l in e a r co r r e l a t i o n b e t we e n t h e i nt e n s it y v a r ia t i o n o f Ea s t As i a S u mme r M o n s o o n e v o l u t io n， wh i ch co u l d b e i n d ica t e d b y t h e r a t io o f B a Ti，a n d s u mme r in s o l a t i o n o f t h e n o r t h h e mis p h e r e r e v e a l s t h e a s t r o n o mi ca l d r i v in g me ch a n i s m f o r t h e Ea s t As i a S u mme r M o n s o o n e v o l u t i o n Ke y wo r d s ： s o u t he r n S ou t h Ch i n a Se a；La t e Qu a t e r n a r y；e l e me n t g e o che mis t r y；Ea s t As i a s u mme r mo n s o o n； p r o du ct iv it y 收稿 日期 ： 2 0 0 9 一 n一 2 3牧到， 2 O l O O l 1 8改回 基金项 目： 国家 自然科学基金 ( 4 0 6 7 6 0 3 3 ) ； 国家重点基础发展计划( 2 0 0 7 CB 8 1 5 9 0 6 ) ； 创新研究 群体科学基金( 4 0 6 2 1 0 6 3 ) 第一作者 简介 ： 梅西( 1 9 8 1 ) ， 男 ， 博士生 ， 专业方向 ： 海 洋沉积与古海洋学 ， E ma i l ： me a s s y g ma i l co m 矿物岩石地球化学通报 作 为亚洲 大 陆和 西 太 平 洋 之 间 的半 封 闭 海 盆 ， 南 海保存 有连 续 的深 海 沉 积 物 ， 其 中 以 陆 源碎 屑 物 质 最多 _ 1 ， 主要 是陆壳 在 冬 、 夏 季风 交替 控制 下风 化 作用 的产 物 ， 由河流 或 风搬运 至 南海 沉 积_ 2 而成 。 暖 、 湿 的夏季 风使陆 壳化 学风 化增 强 ， 降雨量 的增 大 提高 了河 流 的搬 运能 力 ； 干 、 冷 的冬 季风 使 陆壳物 理 风化 增强 ， 也增 强 了风 的 搬运 能 力 6 。随 着冰 期 问冰 期旋 回的 变化和 纬度 的改 变 ， 冬 、 夏 季风 的强 弱 和对 陆地影 响 的变化 ， 导 致不 同地 区陆 壳 的母 岩发 生不 同类 型 、 不 同程度 的风 化作 用 ， 并 被 搬运 至边缘 海 沉 积 。这 些过 程都 会在 陆源 沉积物 的某 些元 素或 同位 素 上 有 所 反 映L 2 。 因 此 ， 用 元 素 地 球 化 学 研 究 沉 积物 ， 有 助 于辨别 陆源 物质 源 区 ， 探讨 季 风气候 下 的 风化作 用类 型 、 强 度 ， 了解搬 运介 质及 其搬 运 能 力 的变 化 ， 揭 示 冬 、 夏 季 风 的变 迁 。冬 、 夏 季风 还 会 影 响海洋 上 升流 和陆 源 营 养 物质 的输 入 ， 导致 古 海 洋 生产力 的变化 ， 并 在 海 洋 沉 积 物 中 记 录 了某 些 微 营 养元 素 ( 如 B a 、 P 、 C d等 ) 的成 分 变 化 g 。 由此 可 获 取大陆 风化 、 河流 或风 力搬 运变 化 ， 以及古 海洋 生 产 力变化 等信 息 ， 揭 示冬 、 夏季 风 的演化 规律 。 元素 地球化 学方 法 已成功 地揭 示 了黄土 中的东 亚 季风变 迁 一 ， 以 及 印 度 洋 、 大 西 洋 等 海 区深 海 沉 积物 的季 风 变迁 1 4 1 7 3 。前 人 工 作 多 集 中于 南 海 北部 ， 并获取了气候替代性指标 ( 如粘土矿物 ) 的参 考性 、 对 比性数 据 2 。如南 海 北 部 l 1 4 4站 岩 芯 主量 、 微 量元 素研究 【 2 ， 反 映 了冰期 间冰期旋 回 ， 指 示 陆源 区在冰 期有 较弱 的化 学风 化和 间冰期 较 强 的化学 风 化 。南 海 北 部 1 1 4 5站 岩 芯 的研 究 表 明 ， K S i和 B a A1 分别 可指 示夏 、 冬 季风 的变 迁 4 。 但 南 海 南 部 和 西 部 更 多 地 受 到 夏 季 风 的 影 响 。南 海西 部 越 南 岸 外 有 上 升 流 ， 古 生 产 力 变 化 幅度 大 。因 此 须 在 南 海 南 部 建 立 可 靠 的地 球 化 学指标 ， 深 入研究 夏 季风 的 变迁 。 本 研究 用 X R F岩 芯 元 素扫 描 仪 研 究南 海 南 部 MD 0 5 2 8 9 6孔 柱 状沉 积 物 的 高 分 辨 率元 素 地 球 化 学 ， 探 讨 了东 亚 夏 季 风 的 变 迁 和 海 洋 古 生 产 力 的 变 化 。 1 材料和 方法 南海南部 MD 0 5 2 8 9 6孔处于西太平洋暖池 内， 适合进 行低 纬热 带地 区气 候 变化 的研 究 。地理 坐标 为 0 8 。 4 9 0 5 N， 1 1 1 。 2 6 4 7 E( 图 1 ) 。水 深 1 6 5 7 IT I ， 岩芯 长 1 1 0 3 m。钻 孔 主要 由均一 的灰 色一 绿 色粘 土组成 ， 无 明显 浊流 沉积 ； 沉 积序 列相 对连续 且 未受 扰动。样品采集和物理参数见文献- 2 2 。 1 3 5 E1 0 0 1 O 5 】 l 0 。 l l 5 。 l 2O 。 l 2 5 。 实线黑箭头示夏季风 ， 虚线 黑箭 头示冬季 风； 灰色虚线箭头示夏 季表层环 流， 灰色实线箭头示 冬季表层环 流。1 0 0 m 等深线为冰期 时海岸线的大致位置； 图中还标 出了珠江 、 红河 、 湄公河 流域和其他 有 关 钻 L 位 置 Gr a y s o l id ( d a s h e d ) a r r o ws in dica t e t h e s u r f a ce cir cu l a t io n cu r r e nt s in win t e r ( s u mme r ) Th e dr a in a g e a r e a o f Pe a r l Riv e r ， Re d Ri ve r a n d M e k o n g Riv e r ，a n d l o ca t io n s o f s o me o t h e r c o r e s me n t io ne d in t h e p a p e r a r e a l s o d is p l a y e d 图 1 MD0 5 2 8 9 7孔 的 位 置 Fig1 Loca t ion of Co r e M D0 5 2 89 7Bl a ck s o l id ( d a s he d)a r r ows ind ica t e s u mme r( win t e r ) mon s o o n 测量 仪器 为 AVAATE C H 公 司的 X RF岩芯元 素扫 描仪 ( X RF C o r e S ca n n e r ) 。有 效 分 辨率 为 0 5 cm， 以 co u n t s ( 记 数 器 的 记 数 ) 为 含 量 单 位 ( cp s ) 。 该仪器 测 试质 量高 q ， 能 获取热 带海 区沉积 物 中 快速气 候 变化 信 息 2 a , e 6 。本研 究 采 用 合适 的模 型 提取 元素 。采 用 的 电压 为 1 O 、 3 O和 5 O k V； 分 别 用 来测试 三 组 元 素 ： Al 、 S i、 P 、 S 、 C 1 、 K、 C a 、 T i、 C r 、 Mn、 Fe 、 Rh； Cu、 Z n、 Br 、 Rb、 S r 、 Y、 Z r 、 Nb 、 Mo 、 P b 和 B i； Ag 、 S n 、 Te和 B a 。测 量 分 辨 率 为 1 cm， 有 效数据 点 共 1 0 8 2 个 。由于各 种 因素 的影 响 ， 部分元 素 的含量 可能误 差 较大 ， 不能 用作 古气 候变迁 指标 。 剔 除平 均 含 量 小 于 1 0 0 0 cp s的 元 素 ( P 、 S 、 C r 、 C o 、 Z n 、 B r 、 Rb 、 Y、 P b 、 S n和 T e ) 。另 外 ， C l 含 量 较 高 ， 可能是 由贴近 薄膜 部位 的表层 样 品含海 水量 较高所 致 ， 也予 以剔 除。 2 年代框架 的建立 MD O 5 2 8 9 6孔 与 MD 0 5 2 8 9 7孔 位 于 同 一 站 1 3 6 梅西等 南海南部 1 2 0 k a以来元素地球化学记录的东亚夏季风变迁 位 ， 分别为 方 柱状 样 和 圆柱状 样 。前 者 柱 长 1 1 0 3 m。MD 0 5 2 8 9 6 孑 L 缺乏氧 同位 素数据 ， 但 由 XR F测 定 的 C a 含 量 与 MD 0 5 2 8 9 7实 测 C a C O。的 含量 对 比 良好 ； MD 0 5 - 2 8 9 7孔 的年龄 已通 过 氧 同位素 曲线 与天文调谐的 S P E C MAP r 2 曲线进行形态对 比， 选 取 了时 间控 制 点 3 。通 过 MD 0 5 2 8 9 6孔 的 C a相 对含 量 与 MD 0 5 - 2 8 9 7的 C a C 0 。含 量 对 比 ( 图 2 ) ， 结合 MD0 5 2 8 9 6上部 6个 AMS C测年( 黄恩清未 发表数据 ， 位置见 图 2 ) ， 获得 MD 0 5 2 8 9 6孔 的年 龄 ， 底部正龄选取控制点后根据沉积速率插值获得 ， 底部年龄约 1 2 0 k a 。南海南部 1 1 4 3站 C a C O 。 含量 和堆 积速率 领先于 氧同位 素变化口 ， MD0 5 2 8 9 7孔 也与其一 致 ， MI S 5 e 峰值对 应为 1 2 5 k a ； MD 0 5 2 8 9 6 C a曲线形态 确定 的底部 年龄为 1 2 0 k a ， 距离 峰值 年 龄仅 5 k a ， 应该 是可信 的 。 3 结果 与讨论 3 1 元 素分析 结果和 东亚夏 季风代 用性指 标 海洋 沉积 物 的物 质 来 源 为 陆 源 物 质 和 生 源 物 质 。前者 包括河 流 携带 物质 的沉 积 、 海 流对 沉 积 物 年龄 k a 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 l 6 0 R 0 ， 0 0 A M S “ C I J n l l 40000 20000 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 l 2 0 】 4 O l 6 0 l 8 0 2 O O 年 龄 k a 图 2 MD O 5 2 8 9 6 孔 C a曲线与 MD 0 5 2 8 9 7孔 C a C O。 含量 、 氧同位素曲线 和 S P E C MAP曲线对 比 Fig 2 Comp a r is on f igu r e o f Ca con t e nt s a t co r e M D05 2 89 6 p l a n kt o nic f or a miniI e r a O，ca r b on a t e con t e nt s at cor e M DO 5 - 2 89 7 a nd SPECMAP cu r v e 的改造 和风携 尘埃 的沉 降等 ； 或 者 来 自生 物 生 长 和 死亡产物， 如生物死亡后壳体 的沉积和生物产生的 有机质的沉降 。本次主要讨论沉积物中含量相对较 高 的 C a 、 B a 、 T i三 种元 素 ( 图 3 ) 。亚 洲 大 陆及 周 边 岛屿有十多条水系注入南海， 包括径流量较大 的湄 公河、 珠江和红河等。它们的流域面积广 ， 处于季风 区和构造上升区， 风化剥蚀作用强烈， 每年向南海输 送大 量 的物质 。成为南 海沉积 物 的主要来 源 。深海 钻孔 调查 表明 ， 全 新世 和末次 冰期 的沉积物 中 ， 陆 源 物质 分别 占了 8 6 和 9 3 3 。 此外 ， 冰期时南海 的平均沉积速率为冰后期 的 两倍 ， 主要是 因为陆源输 人物增 加 了两 倍 ， 而 生源碳 酸盐 通量在 冰期旋 回中几 乎没有 什么 改变 。这 种现 象在 南海南 部尤 为突 出 ， 冰期 时沉 积 速率 可 以达 到 全新世 时 的 3倍 。一种 显而 易见 的解 释 是 ： 冰期 时海平面下降， 大陆架遭受强烈风化剥蚀 ， 古河系可 将大量陆源物质直接输入南海深水区 3 。 图 3显示 MD O 5 2 8 9 6孑 L T i相 对 含 量 表 现 为 冰期一 问冰期 的旋回特征。在氧同位素 1 、 2期呈现 低 值 ， 到 4期 时 为 相 对 高值 ， 氧 同位 素 3 、 5期 值介 于前两者之 间。Ti含量 的变化 与陆源 碎屑含 量 紧 密 相关 ， 可 以 大致 代 表 陆 源 碎 屑 含 量 的变 化 。在 以往 的 研 究 中 也 是 用 Ti含 量 来 指 示 陆 星 源碎屑物的含量的 9 。为更好地与 T i相对含量 对 比， 本 文用总 含量去 除碳酸 钙 和有机 碳 的百 分 含量 的计算方法， 估算 了同一站 位 MD 0 5 2 8 9 7 重 孑 L 陆源碎屑物质的百分含量， 碳酸钙和有机碳数 据见文献E 3 5 3 。 T i的相对 含量 与陆 源碎 屑物 质 的百 分 含量 萤 有较好的对应关系( 图3 ) ， 说明T i含量与陆源碎 屑物 质含量 高度相 关 。 ca的相对 含量 与氧 同位 素 曲线 对 比 良好 ， 呈现 较 明显 的 冰 期一 间 冰期 旋 回 的周 期 性 ， 总体 墨 表现为冰期早期低 、 冰消期高和间冰期整体较高 昌 的特 点 。B a的变 化在 冰期 间 冰期 旋 回尺 度 上与 C a相似 ， 只是 c a的变化非常平滑 ， B a呈现高频 的变化 ( 图 3 ) 。 MD O 5 2 8 9 6孔 C a含 量 曲 线 与 S P E C MAP 及 各大 洋的对 比良好 ； 形态 上基 本与 底栖 有孔 虫 氧 同位 素 曲线 平 行 ( 图 2 ) ， 即 C a高 值 对 应 氧 同 位素轻 值 ， 呈 典型 的“ 大西 洋型 ” 分 布模式 。此结 果与前人研究一致 ， 即在碳酸盐溶解面 以上， 无 ， 论是南海南部还是北部， 均呈冰期时碳酸盐含量 低 、 间冰期 碳 酸 盐 含量 高 的 特 点 ， 主要 受 陆 源 物 质 稀释作 用控 制 3 。 4 3 2 1 如 如 加 O 一 0u嚣 u卜 j 0 0 1 0 2 一 。 9 6 Qd) 0 山 苫u山 31 O O 3 2 3 0 0 矿物 岩石地球化学通报 年 龄k a 0 2 O 4 0 6 0 8 0 1 O 0 l 2 0 l 40 1 8 0 0 1 4 00 4 0 6 0 8 0 1 O O 1 2 O 1 4 0 年 龄 k a 图 3 MD0 5 2 8 9 6了 L l 2 O k a以来 Ti、 B a 、 C a相 对 含 量 和 MD0 5 2 8 9 7孑 L 陆 源 碎 屑 物 含量 变 化 Fig 3 Va r ia t ion s o f Ti，Ba，Ca co nt e nt s in co r e MD05 289 6 ov e r t he p as t 1 37 如在 赤 道 太 平 洋 海 区 B a循 环 利 用 率为 7 O ， 其余 则 转 换 成 B a S O 而 保存 到海 底沉 积物 中 4 。估计 大西 洋和 太平 洋 的 海 底 沉 积 物 B a的 保 存率约为 3 0 r 4 ， 相对 而言 ， 沉 积 物 中 有 机 碳 的 保 存 率 不 足 0 1 3 ， 生 物 硅 大 约 5 ， 碳 酸 盐 为 1 0 左右 。利用 B a指 示 海 洋 的生 产 力 ， 可 能 优 于 有 机 碳 和碳 酸 钙 等 指 标 。海 洋 沉 积 物 中 的 B a 分 为 陆 源 碎 屑 B a和 生 物 成 因 B a ， 为 了消 除 陆 源 碎 屑 中 B a含 量 对 海 洋 生 产 力 估 算 的影 响 ， 在 诸 多 研 究 中往 往使 用 B a与 陆 源 物 质 元 素 的 相对 含 量 来 指 示 生 产 力 的 变化 ； 少 量 Al 可 能 来 自 自生 富 集 ， 全 部 Ti 来 自陆 源物 质输 入 ， 用 T i校 正后 的 元素 比值 变化 可 以消 除 生 物 和粒 度 变化 的 影 响 ， 更 能 真 实 地 反 映 元 素 含量 的 变 化 9 。基 于 以上 分 析 ， 在 选 取元 素 指 标 时 ， 可 以 用 B a T i 值 来 反 映 海 洋 表 层 生 产 力 的变 化 ， 并 推导东 亚夏 季 风的演 化 。 3 2元 素 地 化 揭 示 的 东亚 夏 季 风 变迁 1 2 0 k a a n d t h e co n t e n t o f t e r r i g e n o u s s e d i m e n t in co r e M D 0 5 2 8 9 7 。 图4 显 示 了1 2 0 k a 以 来 夏季 风对 南海 南 部海 区 的一 个 重 要 影 响 ， 是 南 海上 升流 系统 变化 ， 从而 引起 生产 力 的变化 ， 并通 过 生物 成 因元 素 记 录 在沉 积 物 中 。现 代 南 海 1 1 4 3站 附近 的越南 东 岸 ( N1 2 1 4 。 ) ， 夏 季 出现 冷 涡 ， 被认 为 是夏 季风驱 动 引发 的上升 流 。因此 ， 海洋 生 产 力 的变化 可用来 推 导 上升 流 的强 弱 ， 并 追 踪 季 风 的 演化 。 1 1 4 3站近 l 6 0 0 k a的 钙 质 超 微 化 石 l_ 4 l _ 和 蛋 白石 4 “ 的 丰 度 与 堆 积 速 率 显 示 ， 间 冰 期 生 产 力 高 ， 冰 期时 下降 ， 表 明夏季 风引 起 的上升 流在 间冰 期 时强 化 ， 使 生产 力升 高 。 1 1 4 3站 附近 NS 9 3 5孔 末 次 冰 期一 间 冰 期 旋 回 高分 辨率元 素分 析显 示_ g ， C a 、 S r 、 B a 、 P 、 和 C d在 问 冰期 高 ， 指示 高 的生产 力 。 因此 ， 通 过分 析沉 积物 中 的 B a 、 P等可 以探 索 海 洋生 产 力 的 变 化 ， 进 而 获得 东 亚 夏季 风 的 演 化 信 息 。生 物 成 因 的 有 机 物 分 解 时 ， B a常 以 B a S O 微 晶形 式 保 存 在 海 底 沉 积物 中 。 因此 ， 生 物 成 因的 B a通 量 可 以反 映 海 洋 表 层 的 生 产 力变 化 ： 海 洋生 物繁 盛 时 ， 生 物成 因 的有 机 物分解 产 生 的 B a增多 高 。大 部分 B a可 被 生物 重 新利 用 ， MD 0 5 2 8 9 6孔 B a T i 随 年 代 的 变 化 。可 以 看 出 ， B a T i值 在 间 冰期 ( MI S 1 、 MI S 3和 MI S 5 ) 较 高 ， 而 在 冰期 时 ( MI S 2和 MI S 4 ) 相 对 较低 ， 显 示 出海 洋 表 层 生产 力在 间 冰期高 、 冰期 低 的特 点 ； 这 个结 果与前 人 在 南 海 南 部 NS 9 3 5 孔 的 研 究 结 果 2 一 致 。 OD P 1 1 4 3站位 的矿物 学 和地球 化 学 、 浮 游有 孔 虫群 和 气候 变化 、 蛋 白石 和钙质 超微 的 含量 ， 以及 堆积 速 率 的研 究显 示 ， 南 海南 部 问冰期 夏 季风 活动 的加强 ， 上 升流 发育 ， 夏 季风 和 降 雨带 来 的陆 源 有 机 物 的输 入增 加 ， 提高 了表 层 生 产 力 ； 冰 期 时 夏 季 风减 弱 ， 陆 源 有机 物输 入减 少 ， 表 层 生产力 就 降低 “ 卜 。 B a Ti值对 海洋 生 产力 的 反 馈 ， 反 映 了上 升 流 强 度和东 亚 夏 季 风强 度 的变 化 ， MD0 5 2 8 9 6孔 B a Ti值 在 MI S 3时 的高 值 基 本 与 MI S S期 相 当 ， 表 明 东 亚夏 季风 较强 盛 。 目前 已有 多 个记 录显示 ， MI S 3 期 阶段 是一个 夏 季 风异 常 强 盛 的阶 段 ， 如 青 藏 高 原 出现高 湖面 和异 常强盛 的夏 季风 _ 4 ； 阿 拉伯 海 的记 录 也显 示 了当时 南亚夏 季 风 特别 强 盛 4 ， 季 风 气候 在 MI S 3期 的 反常 ， 表 明气 候 系统 的复 杂性 。 王I) 。 | 2 7 藩 甍 童跨肆 一 一 鲫 1 3 8 l O_ 8 0 6 日 0 4 0 2 梅 西等 南海南部 1 2 0 k a以来元素地球化学记录的东亚夏季风变迁 年龄 k a 2 0 4 0 6 0 8 0 l 0 O 1 2O l 4 O l 40 烃 协 皿 0 Z j 年 龄 k a 图 4 MD 0 5 2 8 9 6 B a T i值与北半球夏季 13射量的对比 F i g 4 C o mp a r i s o n b e t we e n Ba Ti r a t i o a n d s u mme r i n s o l a t i o n o f t h e n o r t h h e mi s p h e r e a t co r e MD 0 5 2 8 9 6 研究 表 明， MI S 3晚 期 ( 4 0 3 0 k a ) 青 藏 高 原处 于 特殊 的 暖 湿 气 候 阶 段 ： 年 均 温 度 高 出 现 在 2 4 “C， 降雨量 增加 4 O 1 0 0 ， 大量 湖 泊扩 张 ， 湖平 面 比现在 高 出 3 O 2 0 0 m。种种 迹 象 表 明 ， 这个 时 期青藏高原 的夏季风极为强盛 5 钉 。更广泛 的调 查表 明 ， MI S 3晚期 时 中 国大 部 分 地 区都 比现 在 更 加温 暖和湿 润 ， 特 别是西北 地 区 ， 现代 沙漠地 区发育 有古 湖泊r 4 。 。然 而 ， 并 不 是所 有 地 质记 录 都 有这 次“ 高 温大 降水” 的记载 。中 国内陆地 区大部 分 的黄 土一 古土 壤 序 列 中没 有 出现 这 样 的 一 个 “ 暖 湿 期” _ 5 。 。此外 ， 印度洋 夏季 风 的海 洋 记 录 中 ， 也 没 有任何证 据表 明南 亚 季 风在 MI S 3晚期 时增 强_ 5 引。 中 国亚 热带地 区 的石 笋记 录 显 示 ， 夏季 降 雨 在整 个 MI S 3期都 很 强 盛 ， 虽 然 被许 多 千 年 尺 度 的 事 件 所 打断， 但 MI S 3早期 的季风 降雨强度超过 MI S 3晚 期 L 5 。南海 西南 部 1 7 9 5 4孑 L 海 洋 生 产 力 的元 素 记 录 B a ( Z r +R b ) 的峰 值也 出现 在 MI S 3早期 5 ， 说 明在 MI S 3 时 的表层 生产 力确 实较 高 。南 海南 部 生 源蛋 白石 的百分 含量 在 这一 时期 显 著增 加 ， 指 示东 亚 夏季 风 的 增 强 4 。MD 0 5 2 8 9 6 B a T i 值 反 映 的 生产力 在 MI S 3早 期 达 到 高 值 ， 表 明此 时夏 季 风强 盛。同一钻孑 L 的其他替代性指标也确认了强季风降 雨 ： 沉 积物 中陆源 物质 的 1 5 2 5 m 组分 显 著增 加 ， 说 明降 雨造 成 河 流搬 运 量 的加 大， MDo 5 2 8 9 6 9 7和 0D P 1 l 4 3站位 的 M 0( P o b l iq u il o cu l a t a G r u b e r ) 记录 没有显 示 4 O 3 O k a时 出现所 谓 的“ 高温 大 降水 ” 事件 ； 相 反 ， 显示 季 风 降雨 在 MI S 3 早期显著增强 ， 且降雨强度可与末次间冰期和早全 新 世 相 比拟 5 。夏 季 日照 量 加 大 时 会增 强 海 陆 受 热对 比 ， 提高 了陆地 的降雨量 、 径流量 和海 陆间的风 力 。我们用 6 5 。 N 夏 季 平 均 日照量 r 5 妇对 比 MD O 5 2 8 9 6孔 B a Ti指 示 的 晚第 四纪 东 亚 夏 季 风 的演 化 过 程 ， 发现它 们基本 呈线性 关 系 ( 图 4 ) ， 日照 量 的最 大值对应于东亚夏季风的指数 B a T i值的最大值， 表 明东 亚夏季 风演 化的天 文驱动 机制 。 4 结 论 ( 1 )T i 含量 可以作为陆源碎屑物质输 入的替 代性 指标 。 ( 2 ) MD 0 5 2 8 9 6孔 C a含 量 曲 线基 本 与 底 栖有 孔 虫氧 同位素 曲线平 行 ， 呈 现典 型 的“ 大 西 洋 型” 分 布模 式 ， 表明在碳 酸盐 溶解面 以上 ， 无 论在南 海南部 还是 北部 均有 冰期 时碳 酸 盐 含量 低 、 问 冰期 碳 酸盐 含量 高 的特点 ， 主要受 陆源物 质稀释作 用控 制 。 ( 3 ) B a T i值 指 示 的海 洋表 层 古 生 产 力 在冰 期 时 降低 ， 问冰期 时增 加 ， 表 明 间冰 期 时夏 季 风增 强 ， 导致 上升流 的加 强和 营 养物 质 的增 加 ， 进 而 促使 表 层生 产力提 高 。海 洋 表 层 生产 力 在 MI S 3早 期 ( 6 0 4 O k a ) 较高 ， 指 示该 时 期 特 强 的夏 季 风 和 上升 流 作用 的增强 。B a Ti值 与北半 球夏 季 日照 量基 本呈 线 性关 系 ， 表 明东 亚夏季 风演化 的天文 驱动机 制 。 致 谢 ： 本 文研 究的样 品 由“ 国际海 洋全球 变化 研 究 ( I MAGES ) 计 划 2 0 0 5年 MARCO 航 次提 供 ， 在 此表 示感谢 。 鲫 如 5 5 4 4 3 参 考文献 ( R e f e r e n ce s ) ： 矿物岩石地球化学通报 1 黄维 渐新世 以来 南海沉积物分布格局 及其 演变 D 上海 ： 同 济大学 ， 2 0 0 5 2 3 4 5 6 7 8 9 I O 1 1 Hu a n g W e i S e d ime n t d is t r ib u t i on a l p a t t e r ns a n d e v o l u t io n in t h e S o u t h C h i n a S e a s i n ce t h e Ol i g o ce n e D S h a n g h a i： To n g j i Un iv e r s it y，2 0 0 5 ( in Ch in e s e wit h En g l is h a bs t r a ct ) we i G。L iu Y，L i X，S h a o L， F a n g DMa j o r a n d t r a ce e l e me n t v a r ia t io n s of t h e s e d ime n t s a t ODP S it e 1 1 4 4S o u t h Ch i n a S e a ，d u r in g t h e l a s t 2 3 0 k a a nd t he ir p a l e o cl im a t e imp l ica t i o n s J P a l a e o g e o g r a p h y ，P a l a e o cl i ma t o l o g y ，P a l a e o e co l o g y，2 0 0 4，21 2：3 3 1 3 4 2 C l if t P ，L e e J I ，C l a r k M K，B l u s z t a j n J E r o s io n a l r e s p o n s e o f So u t h Ch in a t o a r c r if t in g a n d mo n s o o n a l s t r e n g t h e n in g：A r e co r d f r o m t h e Sou t h Ch i n a S e a J Ma r i n e Ge o l o g y ， 2 0 0 2 ， 1 8 4： 2 O 7 2 Z 6 We ha us e n R，Br u ms a ck H J As t r o n o mica l f or cin g o f t h e Ea s t As ia n mo ns o on m ir r o r e d b y t he co mp o s it io n o f Pl io c e n e So u t h Ch i n a S e a s e d i me n t s J E a r t h P l a n e t S ci L e t t ，2 0 0 2 ， 2 O1 ：6 2 1 6 3 6 Liu Z， Tr e n t e s a u x A ，Cl e me n s S，Co l in C， W a n g P，H u a n g B，Bo u l a y SCl a y min e r a l a s s e mb l a g e s in t h e n or t h e r n So ut h Ch in a S e a ：I m p l ica t i on s f o r Ea s t As ia n mo n s o o n e v o l u t io n o v e r t h e p a s t 2 mi l l i o n y e a r s J Ma r i n e Ge o l o g y ，2 0 0 3 ，2 0 1 ： 1 3 3 1 4 6 W a n g L，S a r nt he in M ，Er l e n k e u s e r H ，Gr ima h J，Gr o o t e s P， He il ig S， I v a n o v a E ， Kie n a s t M ，P e l e j e r o C，P f l a u ma n n U Ea s t As ia n m o ns o o n cl ima t e d u r in g t h e La t e Pl e is t o c e n e： h ig h r e s o l u t i o n s e d i me n t r e co r d s f r o m t h e So u t h Ch i n a S e a J Ma r in e Ge o l o g y， 1 9 9 9 ， 1 5 6： 2 4 5 2 8 4 Ta m b u r in i F，Ad a t t e T ，FOl irai K ， B e r n a s e o ni S M ， S t e in ma n n P I n v e s t ig a t in g t he h is t o r y of Ea s t As ia n m o n s o o n a n d cl i m a t e d u r in g t h e l a s t g l a cia l in t e r g l a cia l p e r io d (0 - 1 4 0，