（海洋地质专业论文）南大洋塔斯曼海隆更新世以来沉积地球化学及古气候研究.pdf

摘要 摘要 南大洋是全球大洋环流系统主要成员之一，在古海洋和古气候的研究中， 南大洋扮演的角色尤为重要。塔斯马尼亚海道不仅位于澳大利亚最南端( 塔斯 马尼亚和南塔斯曼海隆) 和南极大陆之间，也处于东南印度洋和西南太平洋的 交界处，是研究新生代全球气候变化和洋流模式的关键地区。对塔斯马尼亚海 道，澳大利亚一南极海盆的研究，有助于我们了解南大洋，东南印度洋和西南太 平洋水团相互作用特征，为南半球中高纬度的气候，海洋环境，生产力以及演 变历史等提供重要的证据。本次工作通过对o d p l 8 9 航次1 1 7 0 站位b 孔上部沉 积物4 2 5 个柱状样品的多项古海洋学指标分析，探讨了南大洋塔斯曼海隆地区 更新世以来的古海洋和古环境变化特征。 塔斯曼海隆1 1 7 0 站更新世以来的主微量元素的因子分析表明，该站位元素 的变化，主要受到五个因子的影响，其中，碎屑因子是影响元素组成最主要的 因素，络合因子，环境氧化一还原因子，海洋自生物质因子以及重矿物因子影响 不大。该站位沉积物的稀土元素，几乎全部来自碎屑物质，反映碎屑源区的地 球化学特征，碳酸盐、蛋白石等生源成分只对其产生稀释作用，其页岩标准化 模式呈现出浓度低，轻稀土元素亏损重稀土元素富集，以及c e 负异常，e u 正异 常的特征。这表明碎屑物质主要来自海水悬浮颗粒和火山碎屑。各项风化指标， 包括主微量元素t i 的标准化，r e e ，l r e e h r e e ，代表陆地高等植物的n c 2 9 ， n c 3 1 等均表现为冰期高间冰期低的特点，并且由于受到底部洋流的侵蚀作用， 某些时期风化高值出现于冰期中后期。频谱分析结果显示该地区的气候同样受 控于地球轨道的驱动，其中，4 万年的斜率周期相对明显，说明该地区气候变化 主要由高纬度冰盖的消融控制。某些对于氧化一还原环境敏感的元素及元素对显 示，沉积物基本上是在富氧的环境下沉积，这也解释了该站位有机质稀少的现 象。 塔斯曼海隆1 1 7 0 站古生产力的研究显示，早更新世，蛋白石含量普遍较高， 在2 m a 左右，体现出硅藻勃发现象，中更新世转型期间，变化较大，但含量不 高，到中更新世转型以后，由于海底洋流的吹扬和侵蚀作用，以及蛋白石本身 的保存效率低下，蛋白石含量非常低。由自生b a 计算出来的初级生产力和各个 代表海洋自生物质的元素的堆积速率表现一致，在中更新世转型期间，变化剧 烈，且含量较高，说明在气候转型时期，南大洋的表层生产力非常高，小波分 摘要 析的结果表明，塔斯曼海隆地区的生产力没有表现出从早更新世的4 万年周期 转变为此后的1 0 万年周期，这一“中更新世革命 的典型特征，但是却在中更 新世时期，表现出4 万年和1 0 万年周期共存的现象，表明该地区中更新世时期 的生产力受到高纬度地区冰盖消融的影响，并且这种影响，在中更新世最强， 早更新世其次，晚更新世最弱。 塔斯曼海隆11 7 0 站峨转换的古海水表层温度与氧同位素记录基本一致，冰 期温度低，间冰期温度高，并且，自中更新世气候转型开始，s s t 逐渐降低，在 9 0 万年时达到最低温度，并持续将近2 万年，之后温度逐渐上升，与气候转型 之前基本持平，只有l 一2 的差距，同时s s t 的变化特征，与北大西洋，东热 带大西洋等海域s s t 表现一致。晚更新世，海水表层温度的最高值出现在间冰 期5 期，5 ，7 ，9 三个间冰期的平均s s t 与该站位现代海水表层温度基本一致。 关键词：南大洋塔斯曼海隆，元素地球化学，古生产力，古温度，更新世 a b s t r a c t a b s t r a c t t h es o u t h e r no c e a ni so n eo ft h ek e yp a r t so fg l o b a lo c e a nc i r c u l a t i o ns y s t e m ， a n dp l a y sap a r t i c u l a r l yi m p o r t a n tr o l ei nt h ep a l e o c e a n o g r a p h ya n dp a l e o c l i m a t e r e s e a r c h t h et a s m a n i ag e t w a y ， n o to n l yb e t w e e nt h es o u t h e r na u s t r a l i aa n dt h e a n t a r c t i cc o n t i n e n t ,b u ta l s oa tt h eb o u n d a r yb e t w e e ns o u t h e a s ti n d i a no c e a na n d s o u t h w e s tp a c i f i c ， i st h ek e yr e g i o nt o s t u d yg l o b a lc l i m a t ec h a n g ea n do c 圮a l l c i r c u l a t i o np a t t e r n sd u r i n gt h el a s tc e n o z o i c t h es e d i m e n t - b a s e ds t u d yo ft h e t a s m a n i ag e t w a ya n da u s t r a l i a - a n t a r c t i cb a s i nc a ni m p r o v eo u ru n d e r s t a n d i n go n t h ew a t e rm a s si n t e r a c t i o nb e t w e e nt h es o u t h e a s ti n d i a no c e a na n ds o u t h w e s t p a c i f i c ，a sw e l la s p r o v i d es i g n i f i c a n t e v i d e n c e sf o r h i g h - l a t i t u d es o u t h e r n h e m i s p h e r ec l i m a t e ，t h em a r i n ee n v i r o n m e n t ， s u r f a c ep r o d u c t i v i t y ，a n dt h e i r e m o l u t i o n a r yh i s t i r i e s b a s e do nm u l t i p l ep r o x ys t u d i e sf o r4 2 5s a m p l e sa to d p l e 9 1 8 9s i t e1 1 7 0 ，t h ep a l e , o c e a n o g r a p h ya n dp a l e o e n v i r o n m e n to fs o u t ht a s m a n r i s ei nt h es o u t h e r no c e a nd u r i n gp l e i s t o c e n ea r ei n v e s t i g a t e d f a c t o ra n a l y s i so ft h em a i na n dt r a c ee l e m e n t sa ts i t e1 1 7 0o nt h es o u t ht a s m a n r i s es u g g e s t st h a t5f a c t o r sh a v ei m p a c t so nt h ee l e m e n tc o m p o s i t i o na ts i t e 1 1 7 0 a m o n g5f a c t o r s ，t h ed e t r i t a lf a c t o ri sd o m i n a n t ，w h e r e a sc o m p l e x a t i o n ， r e d o x ，m a r i n eb i o g e n e t i ca n dh e a v ym i n e r a lf a c t o r so n l yp l a yas e c o n d a r yr o l e t h e r a r ee a r t he l e m e n t s ( r e e s ) a ts i t e1 1 7 0a r ea l m o s tf r o mt h ed e t r i t a lm a t e r i a l ， r e f l e c t i n gt h eg e o c h e m i s c a lc o n d i t i o no ft h ep r o v e n a n c e b i o g e n e t i cc o m p o n e n t s ， i n c l u d i n gc a r b o n a t e ，o p a la n do r g a n i cc a r b o n ，j u s td i l u t et h er e e c o n t e n t s t h er e e s h a l e - m o m a l i z e dd i s t r i v u t i o np a t t e r n p r e s e n t s al o wc o n c e n t r a t i o nw i t hl r e e d e p l e t i o na n dh r e e r e l a t i v ee n r i c h m e n t ，c en e g a t i v ea b n o r m i t ya n de up o s i t i v e a b n o r m i t y ，s u g g e s t i n g t h ed e t r i t a lm a t e r i a lt h a to r i g i n a t e df r o ms u s p e n d i n gp a r t i c l e s i nt h es e aw a t e ra n dv o l c a n om a t e r i a l ，r e s p e c t i v e l y m u l t i p l ew e a t h e r i n gp r o x i e s ， i n c l u d i n gt h et i m o r m a l i z e dr a t i o so fm a i na n dt r a c ee l e m e n t s ，r e e ，l r e e h r e er a t i o ，a n dn c 2 9 ，n c 3 1 ，s h o wt h es t r e n g t h e n e dp h y s i c a lw e a t h e r i n gd u r i n g g l a c i a l sa n dw e a k e n e dd u r i n gi n t e r g l a c i a l sp e r i o d s ，r e s p e c t i v e l y h o w e v e r ，s o m e s t r e n g t h e n e dw e a t h e r i n gp r e s e n td u r i n gm i d d l et ol a t eg l a c i a lp e r i o db e c a u s eo ft h e e r o s i o no fb o t t o mc u r r e n t t h es p e c t r u ma n a l y s i ss h o wt h a tt h ep a l e o c l i m a t ei nt h e i i i a b s t r a c t r e g i o nw a sc o n t r o l l e db yt h ee a r t ho r b i tf o r c i n g m o r e o v e r ，r e l a t i v es t r o n g4 0 k a p e r i o dr e f l e c t st h a tt h el o c a lc l i m a t i cc h a n g ew a sd o m i n a t e db yt h eh i g l ll a t i t u d ei c e s h e e t m e a n w h i l e ，s o m ee l e m e n t sa n dt h e i rr a t i o sa r es e n s i t i v et ot h er e d o x e n v i r o n m e n t ，a n dd i s p l a yt h a tt h es e d i m e n t sw a sd e p o s i t e di nt h eo x y g e n o u s c o n d i t i o n ，w h i c ha l s oe x p l a i n e dt h es c a r c eo r g a n i cm a t t e rc o n t e n ti nt h es e d i m e n t s t h ep a l e o p r o d u c t i v i t yr e s e a r c ho ns o u t ht a s m a nr i s es h o w st h a to p a lc o n t e n t w a sr e l a t i v e l yh i g hi nt h ee a r l yp l e i s t o c e n e ，e s p e c i a l l ya r o u n d2m a ，r e f l e c t i n gd i a t o m b l o o m d u r i n gt h em i d - p l e i s t o c e n et r a n s i t i o n ( 一9 0 0 k a ) ，t h eo p a lc o n t e n td e c r e a s e d a n dc o m et ot h el o w e s tv a l u ed u r i n gl a t ep l e i s t o c e n e ， a s c r i b i n gt ot h ee r o s i o no f b o t t o mc u r r e n ta n dp o o rp r e s e r v a t i o n t h er e c o n s t r u c t i o no fp r i m a r yp r o d u c t i v i t y b a s e do nt h eb i o g e n i cb a r i u ma n de l e m e n ta c c u m u l a t i o nr a t e ss h o w st h a tt h e p a l e o p r o d u c t i v i t y h a s i n t e n s i v e l yf l u c t u a t i o n ，w i t hh i g l i v a l u e d u r i n g m i d - p l e i s t o c e n e ，r e f l e c t i n gt h eh i 曲s u r f a c ep r o d u c t i v i t yi nt h es o u t h e r no c e a n w a v e l e t a n a l y s e so fp a l e o p r o d u c t i v i t yh a v el a c ke v i d e n c eo ft y p i c a lc h a r a c t e ro fm p t ，w h i c h i sd o m i n a n t4 0 k a - p e i r o dd u r i n ge a r l yp l e i s t o c e n ea n dl o o k a - p e r i o da f t e rm p t ， r e s p e c t i v e l y h o w e v e r ，t h ec o e x i s t e n c eo f4 0 k a - p e i r o da n d1 0 0 k a - p e r i o do c c u r r e d d u r i n gm p t ，t e s t i f y i n gt h ei c es h e e ti m p a c to nt h ep a l e o p r o d u c t i v i t y ， w i t ht h e s t r o n g e s ti n f l u e n c ei nt h em i d - p l e i s t o c e n e ，s e c o n d a r yi ne a r l yp l e i s t o c e n e ，a n dt h e n t h ew e a k e s ti nl a t ep l e i s t o c e n e t h es e as u r f a c et e m p e r a t u r e ( s s t ) r e c o n s t r u c t e db y a l k e n o n ep a l e o t h e r m o m e t r ya ts o u t ht a s m a nr i s es i t e l l t 0h a st h es a m er e c o r da s b e n t h i cf o r a m i n i f e r 61 8 0 ，d i s p l a y i n gh i g ht e m p e r a t u r ei ni n t e r g l a c i a lp e r i o d sa n d l o wt e m p e r a t u r ei ng l a c i a lp e r i o d s m o r e o v e r ，s s td e c r e a s e dg r a d u a l l ys i n c et h e o n s e to fm p tg e t t i n gt oi t sl o w e s tv a l u ea t9 0 0 k a ，a n dl a s t i n ga b o u t2 0 k a s s t a s c e n d e db a c kt oi t sl e v e li ne a r l yp l e i s t o c e n e m e a n w h i l e ，t h ev a r i a t i o no fs s th a s t h es a m ec h a r a c t e r i s t i cw i t ht h en o r t ha t l a n t i ca n dt h ee a s t e r nt r o p i c a la t l a n t i c s s t s d u r i n gl a t ep l e i s t o c e n e ，t h es e a s u r f a c et e m p e r a t u r er e a c h e di t sh i g h e s tv a l u e i nt h em i s5 ，a n dm e a ns s t si nm i s5 ，7 a n d9h a v et h es a m er e c o r dw i t hm o r d e ns e a s u r f a c et e m p e r a t u r e k e yw o r d s ：t h es o u t ht a s m a nr i s ei nt h es o u t h e r no c e a n ，e l e m e n tg e o c h e m i s t r y ， p e l a o p r o d u c t i v i t y ，p a l e o t e m p e r a t u r e ，p l e i s t o c e n e i v 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 卅年月1 7 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年亏月1 7 日 第1 章前言 第1 章前言 1 1 研究背景与研究意义 全球变化是2 l 世纪人类发展面临着的重大课题，围绕全球变化，国际上对 南极地区的研究正朝向具有时间和空间尺度，具有生物、海洋、大气、岩石的圈 层作用、星球之间的相互影响以及人类干扰因素等集成的关键过程研究方向发 展( 陈立奇，2 0 0 3 ) 。2 0 世纪8 0 年代以来，科学家在围绕全球变化的南极研究 中，发现了臭氧层每年在南极的春天时受到人造化学物质的破坏( f a r m a n ， 1 9 8 5 ) ；大气温室气体浓度变化与全球气候在4 0 万年的时间尺度上的联系 ( w i g l e y ，1 9 9 6 ) ；冰期一间冰期的天然循环周期( p e t i t ，1 9 9 9 ) 等。 国际科联南极研究科学委员会( s c a r ) 于1 9 9 3 年1 0 月正式推出了 g l o c h a n t ( 全球变化与南极地区计划) 这一南极地区国际合作研究计划，该计 划提出了在南极地区进行全球变化研究的6 个关键过程研究内容( s c a r ，1 9 9 2 ) 。 1 9 9 4 年9 月召开的第2 3 届s c a r 大会上，决定把g l o c h a n t 计划定为今后 国际南极合作研究的优先领域，人类对南极地区的研究活动日趋活跃和开放。 2 0 0 7 年，世界气象日的主题是“极地气象：了解全球影响 ，这包括两层含 义，一是全球气候变化在极地有哪些反映? 二是极地气候和环境变化对全球有 哪些影响? 南极地区的气候变化从时间、空间上来说都是多样的，气候系统非 常复杂。在全球变暖的大背景下，靠近南美洲一侧的西南极，增温十分明显， 在个别站上，近百年温度增加了2 5 ，大大超过了2 0 世纪全球平均增温0 6 c 的幅度；此外，近年来西南极还经常发生冰架融化和崩塌。美国字航局n a s a 从最近的卫星图像发现，南极洲的冰雪消融是近3 0 年来最严重的，并有明显迹 象表明，冰层融化的速度还在加快，也表明全球变暖同时在加速。然而，显著 的增温现象在东南极大陆并不明显，近1 0 余年来的观测记录显示，东南极大陆 还有比较明显的降温趋势，并且，没有发生大范围的冰架融化和崩塌事件。冰 j i l e 学研究表明，在西南极地区，冰盖物质的补充小于消融，冰盖不稳定，而东 第1 章前言 南极地区冰盖物质的补充大于消融，冰盖是稳定的。南极地区的气候变化时空 多样性的提出，为进一步全面认识全球变化的响应提供了重要线索。 o d p l 8 9 航次的五个站位( 1 1 6 8 - 1 1 7 2 ) 均位于塔斯马尼亚海道附近，处于 南塔斯曼隆起与南极之间，这个地区是研究全球新生代气候变化和环洋流模式 的关键地区，旨在从长的时间尺度，探讨南极新生代从“暖室 到“冰室 期 的演化。其中11 7 0 站位于南塔斯曼隆起西部，塔斯马尼亚以南4 0 0 千米处，该 站位的初始研究目标是( 1 ) 塔斯马尼亚海道的打开，对南印度群岛和太平洋古 环境的影响( 2 ) 远洋碳酸盐序列的变化对塔斯马尼亚海道打开的响应，重建南 大洋的古海洋和古气候。( 3 ) 记录新近纪高分辨率的亚南极生物地层序列和高 分辨率的古气候变化。对于塔斯马尼亚海道更新世以来的古海洋和古气候研究， 在国际上所做的工作较少，尤其中国的极地研究者对该区域的古海洋学方法的 研究更少。对于该区域海洋沉积的研究，能了解南大洋，东南印度洋和西南太 平洋水团相互作用特征，对南半球中高纬度的气候，海洋环境，生产力以及历 史演变等提供重要的海洋学基础。 本次工作的目的是通过o d p l 8 9 航次1 1 7 0 站位b 孔上部沉积物多项古海洋 学指标的分析，试图揭示南大洋塔斯曼海隆地区更新世以来的古海洋和古环境 变化特征。 1 2 研究现状 南大洋是全球大洋环流系统主要成员之一，在古海洋和古气候的研究中， 南大洋扮演的角色尤为重要( d b 6 sa n dc o w a r d ，1 9 9 7 ) 。南极大陆周围的中层水 和底层水的传输速度至少达到2 5 s v ( 1 s v = 1 0 6 m 3 s ) ( s c h m i t z ，1 9 9 5 ) ，是南半球不 同洋盆热量的主要交换场所( n e e se ta 1 ，1 9 9 9 ) 。塔斯马尼亚海道不仅位于澳大 利亚最南端( 塔斯马尼亚和南塔斯曼海隆) 和南极大陆之间，也处于东南印度 洋和西南太平洋的交界处，是研究新生代全球气候变化和洋流模式的关键地区： 大部分北大西洋深层流( m 蛐w ) 向东传输，小部分洋流在进入深部太平洋洋 2 第1 章前言 盆之前，围绕南极大陆流动( t o m c z a ka n dg o d f r e y ，1 9 9 4 ) 。而位于澳大利亚和 南极大陆之间的南大洋表层流，则表现出纬度方向的带状海洋锋带和界线，这 包括亚热带锋，亚南极锋，南极锋等。o d p l 8 9 航次检验了新近纪早期塔斯马尼 亚通道的打开，使环南极洋流强化和加宽，把南极与低纬度热水的影响完全隔 开，导致气候的变冷和冰盖的形成的理论( e x o n e ta l ，2 0 0 1 ) 。s t i c k l e y 等( 2 0 0 4 ) 总结了该航次1 1 6 8 ，1 1 7 0 ，1 1 7 1 ，1 1 7 2 四个站位晚白垩纪到第四纪的生物地层并 通过地磁地层与之校正；r o b e r t ( 2 0 0 4 ) 研究了上述四个站位的粘土矿物的特征， 发现这四个站位的块状沉积物的矿物学特征非常相似，但是粘土矿物的聚集类 型，显示出区域性差别。e n n y u 和a r t h u r ( 2 0 0 4 ) 研究了1 1 7 0 和1 1 7 2 站位浮游和底 栖有孔虫以及细粒碳酸盐的氧碳同位素，建立了南大洋直到中新世的稳定氧碳 同位素记录，并讨论了南半球高纬地区的热演变以及其对深部水流循环的影响。 科学家通过各种手段及替代性指标对1 8 9 航次的五个站位的沉积物样品进 行分析，包括古地磁，生物层序，岩石矿物，有机地球化学，无机地球化学手 段等等。而元素地球化学方面，目前仅有l a t i m e r 和f i l i p e l l i ( 2 0 0 4 ) 钡1 试了1 1 7 1 站位新生代以来沉积物的地球化学性状，他们通过f c ，和m 的含量以及蛐砸， f e 伍来反映金属源的变化和陆源输入，而用p 和b a 的含量以及它们与特定金 属元素的比值来反映输出生产力。 除了o d p l 8 9 航次的五个站位研究成果以外，临近地区的古海洋和古气候 研究，同样取得显著成果。p a s s l o w 等( 1 9 9 7 ) 对位于塔斯马尼亚以南的e 2 7 3 0 钻孔以及维多利亚洲边缘的e 5 5 6 钻孔浮游有孔虫做了分析和统计，发现晚第四 纪的古气候受到锋带的影响非常大，锋带的变化是研究南大洋历史的重点考虑 因素。m a r t in e z ( 1 9 9 4 ) j 通过浮游有孔虫换算出海水表层温度，发现塔斯曼锋在末 次冰盛期北移到南纬3 0 。2 6 。的区域，这种锋带北向移动，可能是赤道暖池效 应的减弱或者低温亚热带水团增强的结果。 蛋白石含量及其堆积速率作为表层古生产力的指标之一已经在各大洋被广 泛应用( w e l l se ta 1 ，1 9 9 9 ；a r c h e re ta 1 ，1 9 9 3 ；王汝建，2 0 0 3 ) ，而南大洋的 蛋白石，作为表层古生产力的替代性指标，也有很好的记录( f l o r i n d o ，2 0 0 5 ； 3 第1 章前言 g r i i t z n c r ，2 0 0 5 ；h i l l e n b r a n d ，2 0 0 5 ) 。g r i i t z n e r 等( 2 0 0 5 ) 介绍的是o d p i l 6 5 站位7 6 3 4m a 期间的分析结果。与1 0 9 5 站位相似，晚中新世蛋白石堆积速率在4 g e m 狐y 上下，而5 7m a 为中心有一次明显低值( ) ，烷醇以及烷醇酸指示陆源输入( s a n t o se ta 1 ，1 9 9 4 ：m a d u r e i r ae t a 1 ，1 9 9 5 ) ，这些长链化合物是高等植物叶蜡的主要成分，并且在土壤，湖泊和 沿海沉积物中含量很高，可以作为陆源流的生物标志物( m a d u r e i r ae ta 1 ，1 9 9 7 ) 。 相反，有些生物标志物则是海洋自生的标志，例如那些具有甾醇骨架的化合物 反映了上覆浮游植物的生产力( f a r r i m o n de ta 1 ，1 9 9 0 ：m a d u r e i r ae ta 1 ，1 9 9 5 ) 。 长链不饱和酮是海水表层温度( s s t ) 重要的指示剂( b r a s s e l le ta 1 ，1 9 8 6 ：z h a o e ta 1 ，1 9 9 3 ：s i k e sa n dk e i g w i n ，1 9 9 4 ) ，这些化合物主要由颗石藻的合成作用 产生( v o l k m a ne ta 1 ，1 9 8 0 ：c o n t ee ta 1 ，1 9 9 4 ) ，并且在沉积和埋葬过程中几 4 第1 章前言 乎不受影响( b r a s s e l le ta 1 ，1 9 8 6 ；c o n t ee ta 1 ，1 9 9 2 ：c o n t ea n de g l i n t o n ，1 9 9 3 ) 。 m u l l e r 等( 1 9 9 8 ) 对全球范围内6 0 0 n 6 0 。s ，包括大西洋、印度洋、太平洋在 内的3 7 0 个表层沉积物建立了u ：与s s t 的关系式( u 等- o 0 3 3 s s t + 0 0 4 4 ) ，其 相关系数达到0 9 5 8 ( m u l l e re ta 1 ，1 9 9 8 ) 。然而，自1 9 8 6 年b r a s s e l l 首次提出 采用u 等来估算古海水温度以来的2 0 年中，仍然有些大洋领缺乏u ：的古温度研 究，尤其是南太平洋一带。p e l e j e r o 等( 2 0 0 6 ) 在南塔斯曼海领域采用u ：得出近 5 0 万年的古温度记录，发现南太平洋，南大洋区域轨道尺度上的具有很高的气 候敏感性。 5 第2 章区域海洋环境 第2 章区域海洋环境 本章介绍塔斯曼海隆附近区域现代海洋环境特征，包括锋带，水团，亚南极 模态水以及温盐环境等。 2 1 锋带 在西南太平洋，南大洋海域，有三个主要的海洋锋带( 图1 2 ) ，分别是亚 热带锋( s t f ) ，塔斯曼锋( 1 f ) 和亚南极锋( s a f ) 。塔斯马尼亚到新西兰之间， 亚热带锋大约位于南纬4 5 0 的位置，是亚南极流和塔斯曼流的边界。亚热带锋夏 季接近1 5 等温线，冬季接近1 0 等温线，并处于等盐度线3 4 7 7 0 0 - 3 4 8 7 0 0 之间 ( g a r n e r ，1 9 5 9 ) 。通常以表层海水等温线，紧密的等盐度间距( v i l l a n o ya n d t o m c z a k ，1 9 9 1 ) 以及亚热带到亚南极水中营养素的集q a ( b u t t l e re ta 1 ，1 9 9 2 ) 等 特征来识别亚热带锋的存在。塔斯曼锋以亚热带东澳大利亚流和温暖的塔斯曼 流相互作用为特征，出现在南纬3 3 0 3 5 0 之间( r i d g w a ya n dd u n n ，2 0 0 3 ) ，其作 为东澳大利亚流的分支出现，向东逐渐消减，并蜿蜒进入太平洋中心，这种温 暖水流对海水表面到洋流深部都有影响( m u l h e a r n e ta 1 ， 1 9 8 6 ：l i l l e ye ta 1 ， 1 9 8 6 ) 。亚南极锋是环南极洋流中一个重要的锋面，它是极锋带和亚南极锋带之 间的界面，其位置是根据4 等温面和2 0 0 米等深面的交线确定( 蒲书箴，1 9 9 4 ) 。 在印度洋区域，其流经路线总体向南( o r s ie ta 1 ，1 9 9 5 ；b e l k i na n dg o r d o n ， 1 9 9 6 ) ，到东经4 0 0 6 0 0 ，南纬4 3 0 附近，亚南极锋隐没于c r o z e t 锋( s p a r r o we ta 1 ， 1 9 9 6 ：b e l k i na n dg o r d o n ，1 9 9 6 ) 并且向东南方向偏离，穿过k e r g u e l e n 高原， 亚南极锋出现在南纬4 5 。4 8 。，东经9 0 。- 1 1 0 。的位置，并且继续向南偏移，直到 南纬5 0 。5 3 0 东经1 4 0 。- 1 5 0 。附近。在这个区域，亚南极锋分裂成“双锋带”状，两 个锋带在纬度上相差3 0 5 。( b e l k i na n dg o r d o n ，1 9 9 6 ：s o k o l o va n dr i n t o u l ，2 0 0 2 ) 。 塔斯曼海隆1 1 7 0 站位于南塔斯曼隆起的西部，与1 1 6 9 站相距4 0 千米。其北部 是温暖、贫常量营养元素、富微量营养元素的亚热带表层水；南部是寒冷、低 盐度、富常量营养元素、贫微量营养元素的亚南极表层水( m u r p h y e ta 1 ，2 0 0 1 ) ， 6 第2 章区域海洋环境 该站位位于亚热带锋以南1 5 0k m 1 4 0 。e 2 0s 3 0 。s 4 0s 处于亚热带锋和亚南极锋之间。 】6 r e l a o 。z 图2i 西南太平洋、南大洋三个主要锋带 zg 色m 线女! 十锋* ，接中镕斯曼锋( ) 参考f d d g w a y 和d u 皿( 2 0 9 3 ) 热带锋( s t f ) 参考g a m c r ( 1 9 5 9 ) ；南极锋( s a d 考b c l k l n # g o r d o n ( 1 9 9 6 ) ：a c c 裹m * 南极洋m 2 2 水团环流 目前，南太洋水团环流受到巳上下几方面影响：( 1 ) 风压，驱动着向东流动的 环南极洋流( a c c ) ；( 2 ) 深部对流，更新着深层和底层水：( 3 ) 剧烈亚南极漩 涡( w c d d e l l 。r o s sa n de a s ti n d i a n ) ( n o w l i n ，1 9 9 1 ；d e z i l e a uc ta l ，2 0 0 0 ) 。a c c 组成了世界海洋最大的洋流系统，向东输送着大约1 0 0 4 0 0 4 1 0 ms1 ( s v o n ic t a 1 ，1 9 9 5 ) 。在印度洋海区，a c c 强烈聚集，经由狭窄通道，受到亚南极锋和 c r o z e t 、k e r g u e l e n 高原以北的亚赤道锋的共例影响( p a r ke ta 1 ，1 9 9 1 ，1 9 9 3 ) 。 环南极洋流包括了几个狭窄并且持久稳定的锋面，这些锋面往往以活跃的漩涡 和湾流的形式出现( h o f m a n n ，1 9 8 5 ：o r s ie ta 1 ，1 9 9 5 ) 。这些漩涡对于水体物质、 第2 章区域海洋环境 热量和动力的传输以及交换具有至关重要的作用，它可以向极地传输热量，以 平衡高纬度地区的热量损失( d es z o e k ea n dl e v i n e ，1 9 8 1 ) ，还可以将动力集中在 弱势洋流当中( m o 圩o we ta 1 ，1 9 9 4 ) 。在西南太平洋区域，主要有两种上层水团： 太平洋赤道水( p e w ) 和西太平洋中心水( s w p c w ) ( t s u c h i y a ，1 9 8 1 ；t o m c z a k a n dh a o ，1 9 8 9 ) 。太平洋赤道水发源于中心赤道太平洋，随着赤道洋流系统下沉 并向西流动( t s u c h i y a ，1 9 8 1 ) ，而含氧量较高的西太平洋中心水可能形成于冬 季，在南塔斯曼海亚热带锋的位置( 约4 5 。s ) ，下沉并向东北延伸至1 5 0 。w ，向 西回流，于珊瑚海1 5 。s 与太平洋赤道水相遇( t s u c h i y a ，1 9 8 1 ；t o m c z a ka n dh a o ， 1 9 8 9 ) 。在这种表层水之下约1 0 0 0 米处，是向北流动的南极中层水( a a 州) ， 南极中层水发源于南极锋约5 5 0 6 0 。s ，以最低的盐度( 3 4 3 q 6 d - 3 4 4 7 0 0 ) 为特征， 并且在亚南极带沉积增强的影响下，含氧量达到最高值( m c c a r t n e y ，1 9 7 7 ) 。 h e a t h ( 1 9 8 5 ) 发现，亚南极锋北部4 0 0 6 0 0 米深处存在与南极中层水有关的亚 南极模态水，该模态水温度一般保持在8 1 0 c 之间，是富含溶解氧的较厚的次 表层水体( m c c a r t n e y ，1 9 7 7 ) 。但是南太平洋海域的亚热带模态水和南极中层 水温度和盐度相似( h e a t h ，1 9 8 5 ) ，此外，早期的海洋研究表明，珊瑚海和塔斯 曼海亚热带锋偏南约2 0 0 米深的次表层，盐度达到最大值，称之为亚热带浅层 水( w y r t k i ，1 9 6 2 ) ，并且，w y a k i ( 1 9 8 8 ) 此后的研究进一步显示，西澳大利 亚到南极，b a s ss t r a i t 到南极以及塔斯马尼亚到南极之间的次表层水的最大盐度 出现在亚热带锋以南约8 0 千米的地方。南极中层水之下，是向东流动的环极地 深层水( c d w ) ，c d w 包含了4 5 的w e d d e l l 海水，3 0 太平洋和印度洋中层 水以及2 5 北大西洋深层水( m a r t i n e z ，1 9 9 4 ) 。e m e r y 和m e i n c k e ( 1 9 8 6 ) 将太 平洋深层水( p d w ) 和南极底层水( 丸蛆w ) 归于环极地深层水。起源于a d e l i e 大陆边缘和r o s s 海的南极底层水( a a b w ) 做顺时针向西北方向流动对南印度 洋海盆地区沉积物传输和洋壳有广泛的影响，例如k e r g u e l e n 东部边缘和东南印 度洋脊的南部边缘( k o l l a e ta 1 ，1 9 7 6 ，1 9 7 8 ) 。这些影响也增强了底层水的活动 性( d e z i l e a ne ta 1 ，2 0 0 0 ) 。这种高速的底层水流具有很大的侵蚀能力，并导致 大规模的海底雾状层的形成。这种雾状层包含了来自底层沉积物的陆源和生物 8 第2 章区域海洋环境 颗粒( b a r t o ne ta l ，1 9 9 1 ：e h r m a n na n dg r o b e ，1 9 9 1 ) 。2 0 0 0 4 0 0 0 米深的底部 水温度浮动于1 - 2 c 之间，但是3 5 。$ 5 0 0 0 米以及4 5 。s 以南4 0 0 0 米深的水温则 小于1 。 p fs a f s t f o1l a c c i 4 ，u 辎 证 东南印度洋海隆 茸 噬 舞r 摄 按 水潦( m ) “s群打甜拧4 2 。s 图22 塔斯曼海隆1 1 7 0 站位1 4 6 。e 南北向剖面圈( 据n e e se ta l ，1 9 9 9 改绘) r ：a c c ：环南极洋流；s a m w ：南桎模杏水；a a i w ；南撖中层水：c d w ： 南拔层水 a a b w ： 南饭底b 水；艰斯* 锋( 锄参考g a m c i ( 1 9 5 9 ) ：南极钱l s a d 参考b d k i a h g o r d o n ( 1 9 9 6 ) ；南极锋俨矸 参考n e e s ( 1 9 9