（第四纪地质学专业论文）西格陵兰全新世古环境演变初步研究.pdf

摘要 西格陵兰地区位于对气候变化极敏感的北极一北大西洋地区，使之在全球变 化研究中占有重要地位。西格陵兰的峡湾系统连接了海洋和陆地的环境，因此其 沉积物记录能同时反映海洋和陆地环境的演变，且高纬度的峡湾记录能较快地反 映全球气候变化。然而与北大西洋东部相比，西格陵兰地区海洋沉积记录相对稀 少，致使对这一地区近一万年来的气候变化研究并不充分。本文研究的沉积物样 品均采自西格陵兰海区，期望能为该地区全新世古环境演化提供新的证据。 本文的工作主要基于对西格陵兰a m e r a l i k 峡湾的d a 0 4 4 1 p 孔，d i s k o 湾的 d a 0 0 0 6 t 孔和d i s k o 湾的表层样品的硅藻组合记录分析。其中，d a 0 0 0 6 t 孔 共鉴定样品2 7 个，发现8 1 种硅藻；d a 0 4 4 1 p 孔共鉴定样品6 3 个，发现1 0 6 种硅藻；d i s k o 湾表层样品共18 个，发现7 8 种硅藻( 均不包括c h a e t o c e r o s 休 眠孢子) 。 本文利用硅藻组合变化记录，并结合其他研究成果，如1 4 c 测年、岩性、有 孔虫组合变化、x r f 以及磁化率等指标，以反映西格陵兰全新世古环境的演变。 其中，d a 0 4 4 1 p 孔沉积记录反映了西格陵兰8 8 0 0 3 6 0 0c a l y rb p 的古环境变化， 而d a 0 0 0 6 t 孔则记录了1 2 0 0c a l y rb p 以来的环境演变。d i s k o 湾表层样品则 提供了西格陵兰各硅藻种类与环境要素间的相互关系，从而有助于更有效地利用 硅藻化石解释古环境变化。 d a 0 4 4 1 p 孔沉积记录反映了西格陵兰8 8 0 0 3 6 0 0c a l y rb p 的古环境变化， 也反映了西格陵兰地区和北大西洋地区古环境演化的相关性。 在8 0 0 0 7 8 0 0c a l y rb p 发现一个并不显著的变冷事件。这一事件可能与广泛 存在的8 2 0 0c a l y rb p 事件并不相同，而仅仅反映了a m e r a l i k 峡湾的局地环境变 化。硅藻组合的变化和其他资料反映了在7 8 0 0 7 1 0 0e a l y rb p 气候增暖，这可能 是这一地区全新世大暖期较暖部分。在这一时期，峡湾环境受较暖的西格陵兰洋 流的影响。气温也同时升高，导致格陵兰内陆冰川融化，将大量冰融水和细颗粒 沉积物注入峡湾内。从更大尺度看，整个北大西洋地区均发现北大西洋暖流以及 印明格暖流增强的记录，显示了这一时期较大范围的增暖。4 4 0 0 3 6 0 0c a l y rb p 期间，气候开始转冷，自全新世暖期向新冰期过渡。 d i s k o 湾的表层样品和j a k o b s h a v n 冰川入海口处的d a 0 0 0 6 t 孔的硅藻资料 反映了该地区近1 2 0 0c a l y rb p 以来的古环境变化信息。较明显地反映了一个相 对较暖的时期( 中世纪暖期? ) 和小冰期，且西格陵兰洋流对该地的影响逐渐减 弱。 在1 2 0 0 8 0 0c a l y rb p 期间，d i s k o 湾内受西格陵兰洋流影响较大。由于缺 乏更早的数据，且由于同一地区存在相互矛盾的资料，因此还不能确定这一较暖 时期即为中世纪暖期。自8 0 0e a l y rb p 以来，海冰覆盖明显增多，而西格陵兰 洋流的影响逐渐减弱，与小冰期相对应。 本文的研究结果与其他资料对比后，发现两个钻孔的资料均无明显“类北 大西洋涛动的北大西洋东西部振荡变化。 本研究表明西格陵兰沉积记录由于受到海洋( 洋流) 和陆地( 冰川融水) 过 程的控制，能很好的反映局地范围和更大范围的古环境演变，并进一步提供了解 不同尺度间气候变化反馈机制的有效信息。 关键词：西格陵兰，全新世，古环境演变，峡湾，硅藻 a bs t r a c t b e i n gl o c a t e di nt h ea r c t i ca n dn o r t ha t l a n t i cr e g i o n , w e s tg r e e n l a n d i s s e n s i t i v et og l o b a lc l i m a t ec h a n g e s t h u s ，s t u d i e so ng l o b a lc l i m a t ec h a n g eh e r ea r eo f v i t a li m p o r t a n c e a sf j o r d sa r ec o n n e c t e dt ot h eo p e ns e a s ，t h e ya l l o we x c h a n g e so fm a s sa n d e n e r g yo fm a r i n ea n dt e r r e s t r i a le n v i r o n m e n t s ，t h u so f t e np r o v i d i n gh i 班r e s o l u t i o n s e d i m e n t a r yr e c o r d st h a td o c u m e n tt h ei n t e r a c t i o no fm a r i n ea n dt e r r e s t r i a lp r o c e s s e s f jo r dr e c o r d sf r o mh i 曲l a t i t u d e s ，w h e r eg l o b a lc h a n g em a yb ea m p l i f i e dr a p i d l y , h a v et h ep o t e n t i a lt oo f f e rv a l u a b l ep a l a e o e n v i r o n m e n t a li n f o r m a t i o nn o to n l yo nl o c a l c l i m a t i ca n dh y d r o g r a p h i cc h a n g e sb u ta l s oo nl a r g e s c a l eo c e a n o g r a p h i ca n d a t m o s p h e r i co s c i l l a t i o n s h o w e v e r , c o m p a r e dw i t ho t h e rp a r t so ft h en o r t ha t l a n t i c ， o n l yaf e wm a r i n er e c o r d so nt h eh o l o c e n eh a v eb e e ns t u d i e df r o mw e s tg r e e n l a n d t h es e d i m e n ts a m p l e so ft h i ss t u d ya r ea l lf r o mw e s tg r e e n l a n d ，w h i c hm a y p r o v i d e n e wr e c o r d so nt h eh o l o c e n ee n v i r o n m e n t a lc h a n g e si nt h i sa r e a t h es e d i m e n ts a m p l e si nt h i ss t u d ya r ef r o mc o r ed a 0 4 41pc o l l e c t e di n a m e r a l i kf jo r d ，c o r ed a 0 0 - 0 6 ta n ds o m es u r f a c es a m p l e sr e t r i e v e df r o md i s k ob u g t at o t a lo f6 3s a m p l e sw e r ea n a l y z e df o rd i a t o mc o n t e n ti nc o r ed a 0 4 41pa n d t o t a l l y 10 6t a x aw e r ef o u n d t o t a l l y2 7s a m p l e sa n d81d i a t o mt a x aw e r es t u d i e df r o mc o r e d a 0 0 0 6 互w h i l e18s a m p l e sa n d7 8t a x aw e r ea n a l y z e di ns u r f a c es a m p l e s 。 md i a t o mr e c o r d s ，t o g e t h e rw i t ho t h e rp r o x i e s ，s u c ha s1 4 cd a t i n g ，l i t h o l o g y , f o r a m i n i f e r a la n a l y s i s ，x r fa n dm a g n e t i c s u s c e p t i b i l i t y , r e v e a lt h e h o l o c e n e e n v i r o n m e n t a lc h a n g e si nw e s tg r e e n l a n d 1 1 1 er e c o r df r o mc o r ed a 0 4 - 41pc o v e r s t h ep e r i o do f88 0 0 36 0 0c a l y rb p , w h i l ec o r ed a 0 0 0 6 tr e f l e c t st h ec h a n g e sf r o m 12 0 0c a l y rb pt om o d e mt i m e t h es u r f a c es a m p l e ss h o wt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h ed i a t o ms p e c i e sa n dt h em o d e me n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ，f a c i l i t a t i n gt h ei m p l i c a t i o n s o fp a l a c o e n v i r o n m e n tb yd i a t o mf o s s i l s i nc o r ed a 0 4 - 41p , am i n o re p i s o d eo fc o l ds u r f a c e - - w a t e rc o n d i t i o n si sf o u n da t c a 8 0 0 0 - 7 8 0 0c a l y rb et h i sm a yb ed u et ot h el o c a lc o n d i t i o n si nt h ef j o r do rl i n k e d t o t h ec u l m i n a t i o no fas t r o n gm e l t - w a t e ro u t f l o wr a t h e rt h a nr e f l e c t i n gt h e w i d e s p r e a dt h e n o r t ha t l a n t i c ( 8 2 0 0c a l y rb p ) c o o l i n ge v e n t w a r m i n go f s u r f a c e - w a t e rc o n d i t i o nf r o m7 8 0 0t o7 10 0c a l y rb p , p r o b a b l yc o r r e s p o n d i n gt ot h e e a r l ya n dw a r m e s tp a r to ft h eh o l o c e n et h e r m a lm a x i m u m ( h t m ) i n t h i sr e g i o n ，i s r e f l e c t e di n t h ed i a t o ma s s e m b l a g e sa n ds u p p o r t e db yo t h e rp r o x i e s am a j o r s e d i m e n t a r yc h a n g ew i t hah i a t u sb e t w e e n6 8 0 0a n d4 5 0 0c a l y rb pp r e v e n t sa m r e c o n s t r u c t i o no fm i d - h o l o c e n ep a l e o c e a n o g r a p y t h ef i n a la n dl e s sp r o m i n e n tp a r to f t h eh t mi sf o u n da r t e r4 4 0 0e a l y rb e i nc o r ed a 0 0 6 za r e l a t i v e l yw a r mp e r i o di n f l u e n c e db ys t r o n gw e s tg r e e n l a n d c u r r e n t ( 12 0 0 8 0 0c a l y rb p ) a n dac l i m a t ec o o l i n gf r o m8 0 0c a l y rb p a r er e v e a l e d b yd i a t o mr e c o r d s i tr e m a i n su n c l e a rw h e t h e rt h i sw a r mp e r i o di sc o r r e s p o n d i n gt o t h em e d i e v a lw a r mp e r i o d ，b e c a u s eo ft h ec o n t r a d i c t o r yr e s u l t si nt h es a m ea r e a t h e s u b s e q u e n tc o o l i n gr e c o r di sf o u n d i nal a r g ea m o u n to fs t u d i e sf r o mw e s tg r e e n l a n d a n dt h en o r t ha t l a n t i c ，w h i c hm a yb er e g a r da st h el i t t l ei c ea g e t h ef i n d i n g so ft h ee a r l ya n dl a t eh o l o c e n ec l i m a t ed e v e l o p m e n to fw e s t g r e e n l a n ds h o wn oc l e a rn a o - t y p es i g n a l ，w h i c hw a ss u g g e s t e db yo t h e re a r l i e r s t u d i e s t h i ss t u d ys h o w st h a ts e d i m e n t a r yr e c o r d sf r o mw e s tg r e e n l a n df j o r d s ，w h i c h a r ec o n t r o l l e d b y b o t hm a r i n ea n dl a n d p r o c e s s e s ，p r o v i d e v a l u a b l e p a l a e o e n v i r o n m e n t ，i n f o r m a t i o nc o n f t m a i n gal i n k a g eb e t w e e nl o c a la n dl a r g e s c a l e n o r t ha t l a n t i co c e a n o g r a p h i ca n da t m o s p h e r i co s c i l l a t i o n s k e yw o r d s ：w e s tg r e e n l a n d ，h o l o c e n e ，p a l a e o e n v i r o n m e n tc h a n g e s ，f j o r d ，d i a t o m i v 图表目录 图1西格陵兰附近海域洋流图6 图2a m e r a l i k 峡湾和d a 0 4 - 4 1 p 孔位置图1o 图3a m e r a l i k 峡湾d a 0 4 4 1 p 孔附近环境1 1 图4d i s k o 湾表层样和d a 0 0 0 6 t 位置图12 图5 两个钻孔的深度年龄模式图1 6 图6d a 0 4 - 4 1 p 孔硅藻组合和岩性2 0 图7d i s k o 湾表层硅藻样品聚类分析结果2 4 图8d i s k o 湾表层硅藻样品主成份分析图2 6 图9d i s k o 湾表层硅藻样品分带2 7 图1 0d a 0 4 4 1 p 孔硅藻组合2 9 图1 1d a 0 4 4 1 p 孔x r f 分析结果31 图1 2a m e r a l i k 峡湾d a 0 4 4 1 p 与2 4 8 2 6 0 硅藻记录拼接3 5 图1 3d a 0 0 0 6 t 孔硅藻资料与其他地区古环境数据对比图。3 8 表1d i s k o 湾表层样品站点与水深1 4 表2a m e r a l i k 峡湾d a 0 4 4 1 p 孔测年资料1 7 表3d i s k o 湾d a 0 0 0 6 t 孔测年资料17 表4a m e r a l i k 峡湾古环境记录与北大西洋其他地区记录对应表3 6 v 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：堡垒日期：皇兰呈：篁：! 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名：住徒 导师签名： 日期：型：! 尘 第一章绪论 1 1 西格陵兰地区古环境研究区域背景 西格陵兰地区位于格陵兰岛西部，巴芬湾( b a f f mb a y ) 和戴维斯海峡( d a v i s s t r a i t ) 东侧。由于其特殊的地理位置( 北极地区一北大西洋) ，使之在全球变化 研究中占有重要地位。 1 1 1 北极地区 北极地区通常是指北极圈( 6 6 0 3 3 ) 以北的地区，包括北冰洋的绝大部分水 域、格陵兰岛、冰岛等岛屿以及欧亚大陆、北美大陆的北部地区，总面积2 1 1 0 1k m 2 。也有学者以最热月陆地1 0 等温线、海域5 c 等温线作为北极地区的 南界( 黄秉维等，1 9 9 9 ) 。 北极冰雪覆盖面积大，反射率高，其反射太阳辐射的能力是开放大洋的5 1 0 倍1 ，并且海冰还控制着海一气热力、动力以及物质交换，对地区甚至整个北半 球气候都有巨大影响；同时北极生态系统简单脆弱，对气候变化十分敏感。许多 研究表明大气一海冰一海洋之间的正反馈效应会使全球气候变化在北极被放大 ( 如o v e r p e e k 等，1 9 9 7 ；w i l l e m s e 等，1 9 9 9 ) ，甚至北极地区自身微小的变化也 会通过这些反馈而扩大( k e r w i n 等，2 0 0 4 ) 。 由于以上种种原因，北极对人类造成的全球变暖非常敏感；同时它也能通过 其复杂的“海一气一冰 之间的相互作用以及正负反馈作用对全球气候产生直接 影响。因此，北极在全球气候系统中占有十分重要的位置( 黄秉维等，1 9 9 9 ) 。 近年来，随着对北极研究越来越深入以及仪器和方法精度的提高，得到了许 多重要的现代资料和古环境资料( o v e r p e c k 等，1 9 9 7 ；r i c h t e r - m e n g e 等，2 0 0 6 ) 。 长期以来，北冰洋海冰( 约占全球海冰3 0 ) 一直是北极的全球变化研究中 的重点。海冰反射率达8 0 以上，虽然其面积仅占大洋面积的7 ，却能十分显 著地改变海气之间热量、动量和物质交换，并影响极地中、低云系的发展。海冰 的面积以及厚度也会对海气耦合系统产生重大影响。海冰形成过程的变化会改变 大洋深层水的形成速率以及属性，进而使水团结构产生变化( 李培基，1 9 9 6 ： c a p e ，2 0 0 1 ：i p c c ，2 0 0 1 ) 。因此海冰在全球气候系统中的作用很早就引起了 1 引自n a t i o n a ls c i e n c ef o u n d a t i o n ：a r c t i cs y s t e ms c i e n c ep r o g r a m ( a g c s s ) u n d e r s t a n d i n gg l o b a lc h a n g ei n a r c t i c t h ea r c t i cr e s e a r c hc o n s o r t i u mo f t h eu n i t e ds t a t e s ( h g c u s ) 关注。上世纪七十年代，卫星开始被用于观测海冰变化，并发现北极海冰正在以 每十年3 的速率减少，而夏季海冰厚度在过去的3 0 年内减少了近4 0 ( c a v a l i e r i 等，1 9 9 7 ；i p c c ，2 0 0 1 ) 。据美国国家冰雪数据中心( n a t i o n a ls n o wa n di c ed a t a c e n t e r ) 报道，2 0 0 7 年9 月的海冰面积是自卫星观测以来的最小值。该中心的研 究还认为自1 9 7 9 年以来，九月北极海冰约以每年7 2 1 0 4k m 2 的速率减少1 。数 据记录也表示2 0 0 2 2 0 0 5 出现了前所未有的持续海冰低值( r i c h t e r - m e n g e 等， 2 0 0 6 ) 。但是，由于海冰系统非常复杂，同时受到大气因素( 包括温度、太阳辐 射、风等) 以及海洋因素( 热量传递与混合、表层洋流等) 的控制，使得模型预 测海冰的变化非常困难( p c c ，2 0 0 1 ) 。另外，北冰洋以及周边地区古海冰变 化资料的缺失( c a p e ，2 0 0 1 ) ，也使模型预测缺少了可供对比的数据基础。这是 古环境工作者亟待解决的问题。 北极地区另一个研究的重点是冰川和大陆冰盖( 现存的格陵兰冰盖以及冰期 时的l a u r e m i d e 冰盖) 。冰盖同海冰一样有极高的反射率，对全球能量平衡有重 大影响。更重要的是，随着全球温度的升高，冰盖融化将致使海平面升高。若格 陵兰和南极的冰盖全部融化，可使全球海平面升高约7 0 米；即使只是格陵兰冰 盖融化，海平面也将升高7 7 5 米( a l l e y 等，2 0 0 5 ；d o w d e s w e l l ，2 0 0 6 ) 。为了 估算全球变暖后，海平面升高的程度，末次间冰期成为非常重要的研究时段。研 究表明，末次间冰期海平面比现代要高约4 6 米( h v i d b e r g ，2 0 0 0 ；o v e r p e c k 等， 2 0 0 6 ) 。c u f f e y 等( 2 0 0 0 ) 使用冰芯钻孔结合模型计算认为，格陵兰冰盖在末次 间冰期对海平面的贡献为4 5 5 米；而另一份基于气候、冰盖的物理模型以及冰 芯资料约束的运行结果表明，此时格陵兰冰盖和其他环北极冰川的融水可能使海 水升高了2 2 至3 4 米( o t t o - b l i e s n e r 等，2 0 0 6 ) 。这一矛盾反映了在模型重建与 预测格陵兰冰盖的变化时，增加观测资料以及古气候资料的必要性。此外，沿岸 的冰川能较快响应气候变化( 如西格陵兰的j a k o b s h a v n 冰川) 。因此，近岸的湖 泊、海洋沉积物能敏锐地反映古气候的变化( 如l l o y d 等，2 0 0 5 ) 。 极地增暖的后果之一即可能会带来更多的降水和融水，增加径流，从而改变 盐度和海水分层，进一步改变北冰洋的环流n 。近期观测资料表明，自1 9 3 6 1 9 9 9 年间，欧亚大陆流入北冰洋的6 条大河的流量增长了7 ( p e t e r s o n 等，2 0 0 2 ) ， 这可能会最终影响到北大西洋热盐环流，进而影响全球气候。相对于河流，海冰 和冰盖的融解能造成更多淡水流入大洋，对水团性质、海水密度、盐层结构甚至 洋流系统有更巨大的影响。古气候研究表明，新仙女木事件( y o u n g e rd r y a s ) 可 1 据美国国家冰雪数据中心( n a t i o n a ls n o wa n di c ed a t ac e n t e r ) 两站 h t t p j n s i d c o r g n e w s p r e s 9 2 0 0 7 _ s e a i c e m i n i m u m 2 0 0 7 1 0 0 1 _ p r e s s r e l e a s e h t m l 引自n a t i o n a ls c i e n c ef o u n d a t i o n ：a r c t i cs y s t e ms c i e n c ep r o g r a m ( a r c s s ) u n d e r s t a n d i n gg l o b a lc h a n g ei n a r c t i c t h ea r c t i cr e s e a r c hc o n s o r t i u mo f t h eu n i t e ds t a t e s ( a r c u s ) 2 能与冰期结束后，大量冰川融水注入北大西洋，导致北大西洋热盐环流中断有关 ( 如b r o e c k e r ，1 9 9 7 ) 。全新世8 2 0 0e a l y rb p 变冷事件可能也是同样的原因造 成的。k l i t g a a r d k z i s t e n s e n 等( 1 9 9 8 ) 研究了北海和德国中部的古气候资料中的 8 2 0 0e a l y rb p 事件，认为这是由l a u r e n t i d e 冰盖最后消融使海水淡化，造成大 洋环流带中断。b a r b e r 等( 1 9 9 9 ) 找到了较可信的证据，他们在h u d s o n 湾地区 利用沉积物中特定矿物厚度以及贝壳精确测年，得到l a u r e n d d e 冰盖的泄水时间 约为8 4 7 0e a l y rb p ，并认为这可能是导致8 2 0 0e a l y rb p 事件的重要原因。因 此，利用古气候资料确定格陵兰冰川在地质历史时期各种气候条件下的消长( 如 b e m a i k e 等，2 0 0 2 ) ，对于预测未来气候变化十分重要。 自末次冰期开始，通过光合作用，生物碳长期积累量超过了微生物降解量， 高纬度陆地就成为了碳汇( s i n k ) 。但是由于现代北极地区不断增温，使植被和 土壤结构发生变化，c 0 2 的释放速度大于其吸收速度，北极陆地由碳汇逐渐转变 为碳源( s o l l l e 宅) ( w e b b 等，1 9 9 3 ) 。o e c h e l 等( 1 9 9 3 ) 在阿拉斯加北坡( t h en o r t h s l o p e ) 已经发现了这种现象。尽管新的研究反映了该地区有略微恢复的迹象， 但其仍然是大气c 0 2 源地之一( o e c h e l 等，2 0 0 0 ) 。但是对北冰洋的研究则表明， 在全球变暖后，该海域对碳的吸收能力将加强( 如a n d e r s o n 等，2 0 0 1 ；陈建芳 等，2 0 0 4 ；高众勇等，2 0 0 7 ) 。因此，北极地区如何响应全球气候变化还有待更 多更深入的研究。由于古气候数据能较好地重建过去植被情况( k e r w i n 等，2 0 0 4 ) ， 从而估计c 0 2 排放量，因此北极地区的古环境研究变得极为重要。另外，在使 用模型预测未来气候变化模式时，需要过去气候数据的检验和校正，尤其是地质 记录能提供极有意义的对比资料( w 曲b 等，1 9 9 3 ) 。 综上所述，北极地区既能非常敏感地响应全球气候变化，又能通过其独特的 海一冰一气系统的反馈机制将其放大，进而影响北半球甚至全球气候。因此，北 极应当是全球变化研究的重点地区。而古环境研究则提供了一把了解北极过去气 候变化的钥匙，使气候模型的预测变得更加可信。 1 1 2 北大西洋地区 北大西洋地区是全球变化研究的重要舞台。不仅因为这里汇集了西欧北美的 科技强国，科研单位和该领域的专家翘楚，更因为这里是对全球变化极其敏感的 地区。这里被认为是全球气候变化的源头之一。格陵兰的冰芯记录，大西洋深海 沉积记录以及北大西洋暖流和北大西洋深层水流( n a d w ) 等为这一地区提供了 非常敏感的高分辨率资料和响应器，同时也产生了大量可供参考的文献和成果 3 ( 如b o n d 等，1 9 9 7 ：b i a n c h i 等，1 9 9 9 ；b o n d 等，2 0 0 1 ) 。本文将在后面讨论中 涉及北大西洋地区的研究，因此在此不再赘述。 1 2 西格陵兰地区古环境研究意义 1 2 1 西格陵兰与北大西洋涛动模式 北大西洋涛动( n o r t ha t l a n t i co s c i l l a t i o i l ，n a o ) 对北大西洋地区有显著影 响，即西格陵兰和欧洲北部呈“跷跷板”似的气候变化：当北大西洋涛动指数为 正值时，西格陵兰地区变得干燥而西北欧洲的冬季则湿润多雨；反之，欧洲西北 部将会有干冷的冬季，而西格陵兰则较湿润。h u r r e l l 等( 2 0 0 1 ) 认为全球近4 0 年的增暖和北大西洋涛动有很大关系。近年h a n n a 等( 2 0 0 3 ) 把西南格陵兰沿岸 的8 个站点( 其中1 个在东格陵兰) 近4 0 年的气象资料与同期的北大西洋涛动 数据对比后发现，两者呈很高的负相关( ，= 一0 7 6 ) 。可见，北大西洋涛动与全 球气候变化有很密切的关系，而与之类似的长期大气环流变化模式也会对全球变 化有重要意义。 s o l i g n a c 等( 2 0 0 4 ) 研究了拉布拉多海和冰岛南部海域的钻孔，根据有孔虫 的6 1 8 0 数值以及沟鞭藻孢囊的转换函数，发现全新世北大西洋东、西两部分的 气候变化驱动机制并不完全相同或者并不同步。r i r n b u 等( 2 0 0 3 ) 利用大洋沉积 物中长链烯酮不饱和度( u 嘉) 重建了全新世表层海水温度，发现了两种不同的 趋势，即大西洋东北部和地中海西部呈下降趋势，而亚热带大西洋西部、地中海 东部以及红海北部则成相反趋势。因此，他们认为这种长期变化与北大西洋短期 大气变化模式北大西洋涛动相似。a n d r e s e n 等( 2 0 0 4 ) 的结果也表明冰岛低 压的来回摆动能增强东格陵兰寒流，海冰也随之增多。s e i d e n k r a n t z 等( 2 0 0 7 ) 在a m e r a l i k 峡湾的研究表明了在全新世大暖期后，西格陵兰与欧洲的水文环境 变化呈“类北大西洋涛动 模式：在欧洲d a r ka g e 冷期和小冰期时，峡湾中西 格陵兰洋流带来的大西洋水增加；而在r o m a n 暖期和中世纪暖期时，峡湾中大 西洋水显著减少。这与北大西洋涛动所造成的北大西洋洋流系统变化相类似：北 大西洋暖流在北大西洋涛动正值时加强，而向西的分支印明格暖流减弱，导致进 入拉布拉多海以及影响西格陵兰的大西洋水减少；当为负值时，印明格暖流增强， 而大西洋暖流减弱( b u c h ，2 0 0 2 ) 。因此，西格陵兰应当是研究长期北大西洋涛 动，即北大西洋长期大气变化模式和洋流变化模式的理想地点。 本章第二、第三节主要内容发表于“任健，蒋辉，s e i d e n k r a n t z ，k u i j p e r s 西格陵兰全新世古环境研究进 展极地研究，2 0 0 7 ，1 9 - 2 8 5 2 9 4 ” 4 1 2 2 西格陵兰古环境变化与人类响应 在约4 千多年前开始，格陵兰出现了古文明，期间经历了s a q q a q 文化、d o r s e t 文化、n o r s e 文化等( j e n s e n ，2 0 0 3 ) 。由于西格陵兰处于高纬度地区，对全球气 候变化响应迅速，因此这里的古人类遗迹为研究气候变化对早期人类影响提供了 极好的样品( m u d i e 等，2 0 0 5 ) 。如根据现有的研究，西格陵兰的n o r s e 文化很 可能就是由于小冰期时气候恶劣而衰亡( 如b a r l o w 等，1 9 9 7 ；j e n s e n 等，2 0 0 4 ) 。 1 3 国内外相关研究概述 1 3 1 海洋古环境记录 位于b a f f m 湾北端的n o r t hw a t e r 冰间湖，由于其独特的结构成为海一气能 量、物质交换的通道，能较敏感的反映环境变化。l e v a c 等( 2 0 0 1 ) 使用该处海 洋钻孔中孢粉和沟鞭藻孢囊重建了全新世的表层水温度：约9 8 0 0e a l y r sb p 海水 表层温度已接近现代水平；约6 8 0 0 3 5 0 0c a l y r sb p 期间比现代高2 3 ；之后开 始转冷。这与格陵兰南端的q i p i s a r q o 湖的研究结果很相近( k a p l a n 等，2 0 0 2 ) 。 在n a r e s 海峡地区，m u d i e 等( 2 0 0 5 ，2 0 0 6 ) 发现了6 千多年来有多次气温和海 冰范围的突变，深刻影响了古爱斯基摩文化，既有对古人类生存环境的破坏，也 改变了古人类的渔猎方式。 西格陵兰的d i s k o 湾由于湾口较大，能与外海水团顺利交换，且与格陵兰冰 盖联系紧密( j a k o b s h a v n 峡湾的冰川融水直接流入d i s k o 湾) ( l l o y d 等，2 0 0 5 ) ， 因而有较丰富的资料。l l o y d 等( 2 0 0 5 ) 对这一地区j a k o b s h a v n 峡湾口的两个钻 孔作了有孔虫和粒度的研究，发现9 2 0 0c a l y rb p 的冰退与西格陵兰洋流增强同 期，直到7 8 0 0c a l y rb p ，冰川退至现代峡湾位置时，冰川融水对西格陵兰洋流 的冲淡一稀释作用才停止。在此之后，西格陵兰洋流能进入d i s k o 湾的东缘，并 产生影响。这反映了西格陵兰洋流中东格陵兰流和印明格暖流的比例对这一地区 的环境有很大影响( l l o y d ，2 0 0 6 a ) 。m o r o s 等( 2 0 0 6 ) 和l l o y d 等( 2 0 0 7 ) 在 d i s k o 湾其他钻孔的研究也印证了这一点：d i s k o 湾的暖期与被北大西洋暖流加 强所影响的西格陵兰洋流有关。同时，m o r o s 等( 2 0 0 6 ) 还发现一个相对较晚的 全新世暖期：开始于约4 8 0 0c a l y rb p ，结束于3 5 0 0 3 1 0 0c a l y rb p 之间，这与 a m e r a l i k 峡湾钻孔的数据相近( m o l l e r 等，2 0 0 6 ) ，也与西南格陵兰的一些湖泊 数据相一致( e i s n e r 等，1 9 9 5 ；w i l l e m s e 等，1 9 9 9 ) 。l l o y d 等( 2 0 0 7 ) 则发现次 表层水环境在约6 0 0 0 至5 0 0 0c a l y rb p 间增暖，略早于m o r o s 等( 2 0 0 6 ) ，但也 5 在3 5 0 0c a ly rb p 持续变冷，反映了d i s k o 湾新冰期( n c o g l a c i a f i o n ) 的开始。 s e i d e n k r a n t z 等( 待刊) 利用沟鞭藻孢囊和疑源类重建了3 千年以来大西洋水在 d i s k o 湾的消长情况。l l o y d ( 2 0 0 6 b ) 分析了d i s k o 湾2 0 个表层样的底栖有孔虫 资料，将种属分布与西格陵兰洋流带来的冷、暖水团联系起来，为重建该地区古 海洋环境奠定了基础。此外，j c n s c n ( 2 0 0 3 ) 对d i s k o 湾的表层沉积物和水样中 的硅藻属种做了统计。r o c a g l i a 等( 2 0 0 4 ，2 0 0 6 ) 对孢粉相和疑源类做了类似的 工作。 图1 西格陵兰附近海域洋流囤( 据s e l d e n l m m t z 等2 0 0 7 ) 图中方框代表本节和本文提到的一些西格陵兰主要研究区域：1 为n a r e s 海峡南部 和n o r t h w a t e r 冰问湖 2 为d i s k o 湾；3 为s a n d r es t m m 日o r d 地区；4 为g o d t h i b s o o r d ( a m e r a l i k ) 蛱湾地区；5 为格陵兰西南端。其中a m e r a l l k 峡湾和d i s k o 湾的详圈 见圈2 和图4 。 1s u r f a c e w a t e r o c c a n o g n h y o f t h e n o r t h a t l a n t i c - l a b r a d o r s e ar e z l o n c o a d o n $ e i d e n k r a n t ze t a l ，2 0 0 乃 峡湾( f j o r d ) 连接了海洋和陆地的环境，因此其沉积物记录能同时反映海洋 和陆地环境的演变( m m l l e r 等，2 0 0 6 ) 。高纬度的峡湾记录能准确地反映全球气 候变化( g i l b e r t ，2 0 0 0 ) 。相对于东格陵兰( a n d r e w s 等，1 9 9 7 ) 和挪威( m l d 等，2 0 0 3 ) 的峡湾沉积物研究，西格陵兰的峡湾资料要少得多( d c s l o g e s 等，2 0 0 2 ) ， 且绝大多数研究多集中在全新世中晚期( j e n s e n 等，2 0 0 4 ； s e i d e n k r a n t z 等， 2 0 0 7 ) 。i g a l i k u 峡湾位于格陵兰西南部，是n o r s e 文化的主要定居点之一，因此 其对研究古文化对晚全新世气候变化响应具有较大意义。该峡湾湾口处的钻孔资 料反映了近3 干多年来海洋环境变化。底栖有孔虫和沟鞭藻孢囊记录都反映了3 千多年来峡湾中海水存在较强的分层( l a s s e n 等，2 0 0 4 ；r o n c a g l i a 等，2 0 0 4 ) 。 中世纪暖期时，在增强的气流驱动下，峡湾中的海水混合加强，分层消失( l a s s e n 等，2 0 0 4 ) 。i g a l i k u 峡湾内部和湾口沉积物的硅藻资料显示了明显的中世纪暖期 和小冰期，而n o r s e 文化在暖期向冷期过渡时从南格陵兰消失( j e n s e n 等，2 0 0 4 ) 。 这反映了气候恶化对该文化的影响。a m e r a l i k 峡湾较之i g a l i k u 峡湾更北，是 g o d t h a b s f j o r d 峡湾系统的一部分。m o i l e r 等( 2 0 0 6 ) 和s e i d e n k r a n t z 等( 2 0 0 7 ) 分别对靠近峡湾口的沉积物做了研究。基于对样品粒度和地球化学元素的分析， 前者认为此处在4 4 0 0c a l y rb p 至3 2 0 0c a l y rb p 经历了全新世暖期的末段，之 后逐渐转冷。后者根据有孔虫和硅藻资料，作了更为细致的分析。底