（海洋地质专业论文）南海热带海区晚第四纪表层海水温度变化.pdf

摘要 摘要 对南沙海区中德合作“太阳号”9 5 航次1 7 9 6 1 - 2 孔( 8 0 3 0 4 ，n ，1 1 2 0 1 9 9 i ， 水深1 7 9 5 米，柱长1 0 3 m ) 的1 8 3 块样品进行浮游有孔虫群定量分析、多种有 孔虫( 表层水种g l o b i g e r i n o i d e sr u b e r 、次表层水种p u l l e n i a t i n ao b 脚u i l o c u l a t a 、 底栖有孔虫c i b i c i d o i d e sw e l l e r s t o r f i ) 氧碳稳定同位素和浮游有孔虫gr u b e r 壳体 的m c a 比值测定，揭示了晚第四纪约1 4 0 k a 以来时间分辨率一8 0 0 年的古海洋 学变化历史，展示了海水表层温度、温跃层深度和浮游有孔虫主要属种及其同 位素在冰期旋回中的变化以及千年尺度的气候波动。将南沙海区的研究结果与 南海北部o d p i l 4 5 站、极地冰芯古气候记录进行对比，探讨了晚第四纪东亚季 风的变化和热带海区在全球气候变化中的作用。 采用古生态转换函数f p 1 2 e 和s i m m a x 2 8 、浮游有孔虫gt u b e r 壳体 m g c a 法定量估算表层海水古温度，并对比上述方法及u 7 法估算的结果。研 究发现，晚第四纪表层海水温度存在明显的冰期低、间冰期高的变化。末次冰 期时，南沙海区确实存在明显的降温，幅度达5 ，且表层海水温度变化有千 年尺度变化的气候波动。 但是，古生态转换函数法估算的s s t ，与同位素的冰期间冰期变化对应性 差，在冰期出现异常高值。浮游有孔虫主要属种含量的变化更多的是反映上层 水体结构的变化，而不仅仅是表层海水的温度变化。末次冰期时研究区表层与 次表层同位素和温度差反映温跃层变深、次表层海水增温，从而引起次表层暖 水种po b l i u q u i l o c u l a t a 含量增多，导致古生态转换函数法计算发生偏差，说明 古生态转换函数估算海水表层温度在南海南部至少南沙海区并不适用。 对比南沙海区1 7 9 6 1 2 孔和南海北部o d p i l 4 5 站的m c a 比值法所得的海 水表层温度以及浮游有孔虫gr u b e r 的8 1 s o 记录，结果表明晚第四纪东亚季风 的强弱呈现周期性交化，1 4 0k a 以来有7 次明显的减弱事件，最近的一次发生 在末次冰消期。频谱分析结果显示，东亚季风变化除2 3 2 k a 的岁差周期外，还 存在千年尺度的变化周期，说明热带过程在南海季风变化中的重要性。 将南沙海区1 7 9 6 1 2 孔的表层海水温度s s t 、浮游有孔虫gr u b e r 和海水6 埽0 记录与极地冰芯古气候记录对比发现，发现在千年时间尺度上南沙海区s s t 的 摘要 变化特征与南极冰芯的古气候变化相一致，而与格陵兰冰芯6 捧0 的锯齿状形态 d o 事件的变化不一样，且末次冰消期南沙热带海区与南极的古气候变化同步， 而领先于格陵兰冰芯6 埽o 和海水6 o 变化 3 千年。本次研究进一步论证了低 纬热带海区在全球古气候变化中的重要作用，为古气候的热带驱动假说提供了 新证据：单纯地将晚第四纪气候变化解释为北半球高纬区对轨道驱动响应的结 果，认为低纬过程只是其消极响应的看法，是不全面的。 ， 关键词：南沙海区，表层海水温度，上层水体结构，晚第四纪，热带驱动 a b s t r a c t a b s t r a c t c o r e1 7 9 6 1 - 2 ( 8 0 3 0 4 n ，1 1 2 0 1 9 9 1 3 ，w a t e rd e p t h1 7 9 5m ，c o r el e n g t h1 0 3 m ) o f s o n n e c r u i s e9 5w 犯t a k e nf r o mt h en a n s h as e aa r e a , s o u t h e r ns o u t hc h i n as e a ( s c s ) at o t a lo f18 3s e d i m e n ts a m p l e sw e r ea n a l y z e df o rp l a n k t o n i cf o r a m i n i f e r a ( p f ) ，o x y g e na n dc a r b o ns t a b l ei s o t o p e so fs u r f a c e - d w e l l i n gs p e c i e sg l o b i g e r i n o i d e s t u b e r ，s u b s u r f a c e - d w e l l i n gs p e c i e sp u l l e n i a t i n ao b t i q u i l o c u l a t a ，b e n t h i cc i b i c i d o i d e s w u e l l e r s t o r f i ，a n dm g c ar a t i oo fgr u b e rs h e l l sa tag e n e r a lt i m er e s o l u t i o no f a v e r a g e - 8 0 0y r n ea i mo ft h ep r e s e n ts t u d yi st or e v e a lt h el a t eq u a t e r n a r y p a l e o c e a n o g r a p h i c a lc h a n g e so ft h ep a s t l4 0 k 如i n c l u d i n gt h eg l a c i a l - i n t e r g l a c i a l f l u c t u a t i o n si ns e as u r f a c et e m p e r a t u r e ( s s t ) ，d e p t ho ft h e r m o c l i n e ( d o t ) a n dp f a s s e m b l a g e s , a n dt h em i l l e n n i a l - s c a l e c l i m a t i cf l u c t u a t i o ni nt h es o u t h e r ns c s p a l e o c l i m a t i cr e c o r d sf r o mc o r e17 9 61 - 2 ，o d ps i t e1 14 5a n dp o l a rr e g i o nw e r e c o m p a r e dt oe x p l o r et h el a t eq u a t e r n a r yv a r i a b i l i t yo fe a s ta s i a nm o n s o o na n dt h e r o l eo fl o wl a t i t u d ei ng l o b a lc l i m a t ec h a n g e p a l e o e c o l o g i c a lt r a n s f e rf u n c t i o n ss u c ha sf p 12 e ，s i m m a x - 2 8a n dm e t h o do f m c ar a t i o si np fgr u b e rs h e l l sw e r ea d o p t e dt oe s t i m a t ep a l e o s s t s 1 1 1 er e s u l t s f r o mt h ea b o v em e t h o d sw e r ec o m p a r e dw i t ht h eu 7s s tr e c o r d m s ee s t i m a t e s s h o wg l a c i a l i n t e r g l a c i a ls s td i f f e r e n c ea sg r e a ta s5 1 2o v e rt h el a s t1 4 0k a , a n dt h e m i l l e n n i a l s c a l ef l u c t u a t i o ni ns s tw a so b s e r v e d h o w e v e rt h ec h a n g e si ns s t se s t i m a t e db yf o r a m i n i f e r at r a n s f e rf u n c t i o n sw a s f o u n dn o tt ob ec o i n c i d e 、) l r i mt h eg l a c i a l i n t e r g l a c i a lc y c l e so fo x y g e ns t a b l ei s o t o p e ， w i t ha b n o r m a lw a r n ls s td u r i n gt h el a s tg l a c i a ls t a g e n l ep r e d o m i n a n tp fs p e c i e s w e r ec o n t r o l l e dm o 他b yt h eu p p e rs c aw a t e rs t r u c t u r et h a nt h et e m p e r a t u r e t h ed o t w a sf o u n dd e e p e rd u r i n gg l a c i a lt h a ni n t e r g l a c i a li nt h es t u d i e da r e a , i e t h eu p p e r w a r ms e aw a t e rw a st h i c k e rd u r i n gg l a c i a l ，h a v i n gi n f l u e n c eo nt h ea b u n d a n c eo f s o m ed e e p e rw a t e rp fs p e c i e ss u c ha s 户o b l i q u i l o c u l a t aa n dh e n c eo nt h es s t e s t i m a t e sb yt h e t r a n s f e rf u n c t i o nm e t h o d t i l i sp r o b a b l yi n d i c a t e st h a tt h et r a n s f e r f u n c t i o nm e t h o dd o e sn o tf i tf o rt h es s te s t i m a t ei nt h es c s b yc o m p a r i s o no f m g c a - s s ta n d6 。8 0r e c o r d sb e t w e e nc o r e1 7 9 6 1 - 2f r o mt h e s o u t h e r ns c sa n do d ps i t e1 14 5f r o mt h en o r t h e r ns c s ，t h es 仃e n g t ho ft h ee a s t a s i a nm o n s o o nw e r ef o u n dt od i s p l a yp e r i o d i c a lc h a n g eo v e rt h ep a s t - 1 4 0 虹、v i 也7 e v e n t so fm o n s o o nd e c r e a s ea n dt h er e c e n to n ed u r i n gt h el a s td e g l a c i a t i o n 1 1 硷 i i i a b s t r a c t r e s u l t so fs p e c t r a la n a l y s i si n d i c a t et h a tt h ee a s ta s i a nm o n s o o nf l u c t u a t i o n ss h o wa 2 3 2k ap e r i o d i c i t ya n da l s om i l l e n n i a lp e r i o d i c i t i e s ，i n d i c a t i n gt h ei m p o r t a n c eo f t r o p i c a lp r o c e s si nt h em o n s o o nc h a n g eo ft h es c s t h ec o m p a r i s o no ft h ep a l e o c l i m a t i cr e c o r d sb e t w e e nc o r e17 9 61 2i nt h e n a n s h as e aa r e aa n dp o l a rr e g i o ni n d i c a t e st h a tt h el o w e rl a t i t u d es s tc h a n g ew a s f o u n ds i m i l a rt ot h a ti nt h ea n t a r c t i cr e g i o n ，b u td i f f e r e n tf r o mt h a ti nt h eg r e e n l a n d i c e - c o r e t h eh e i r t r i c ha n dd oe v e n t ss h o wal o n g e rw a r m i n gp e r i o da n dl o w e r a m p l i t u d e si nb o t ht h el o w e rl a t i t u d et r o p i c a ls e aa n da n t a r c t i cr e g i o nt h a ni na r c t i c r e g i o n d u r i n gt h el a s td e g l a c i a t i o n ，t h ec h a n g ei ns s to f t h ct r o p i c a ls e ai sf o u n d p a r a l l e lt ot h ec h a n g ei n8 1 8 0r e c o r do ft h ea n t a r c t i cr e g i o n ：一3k aa h e a do ft h e8 1 8 0 r e c o r do fb o t ht h eg r e e n l a n di c e c o r ea n ds e a w a t e r , s u g g e s t i n gt h a tt h el o w e rl a t i m d e t r o p i c a ls e ap r o b a b l yp l a yam a j o rr o l ei nt h eg l o b a lc l i m a t i cc h a n g e s k e yw o r d s ：n a n s h as e aa r e a , s e as u r f a c et e m p e r a t u r e ，u p p e rw a t e rs t r u c t u r e ，l a t e q u a t e r n a r y , t r o p i c a lf o r c i n g i v 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： 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名： 年月日 学位论文作者签名： 年月日 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。 签名： 年月日 第1 章前言 i i 科学问题的提出 i i 1 表层海水古温度研究 第1 章前言 表层海水与大气接触，其温度变化会直接影响大气输送辐射热和通过蒸发 输送潜热的能力，从而影响全球气候系统。因此，表层海水温度( s s t ) 一直是 国际古海洋学研究的重点内容之一，也是最早开始的研究内容，如早在1 9 7 1 年 i r n b r i e & k i p p 就利用古生态转换函数估算海水表层温度，又如1 9 8 1 年国际古气 候合作研究c l i m a p ( “气候长期调查制图与预报一) 计划就成功再造了末次 盛冰期距今约18 0 0 0 年前的全球表层海水温度。 i i 2 热带海区表层海水古温度之谜 在海洋古环境研究中，热带海区古温度再造一直是争论的焦点。7 0 年代末 的c l i m a p 计划采用古生态转换函数方法，研究认为末次盛冰期时高纬区与现 今的温差可达6 1 0 ，而在中、低纬海区并无明显的温度变化( c l i m a p ，1 9 7 6 ) 。 后来氧同位素分析的结果也得出赤道热带海区在晚第四纪冰期旋回中表层海水 温度s s t 的差异不超过2 的结论( b r o e c k e r ，1 9 8 6 ) t h u n e l l 等( 1 9 9 4 ) 采用 有孔虫的现代非类比方法也认为在冰期一间冰期旋回中，太平洋热带海区表层 海水温度没有明显变化。但是，低纬区岛屿的陆地资料却揭示冰期时有大幅度 的降温。地貌证据有力地表明新几内亚山地雪线在末次盛冰期较今低千余米， 相当于6 - - 8 的降温( w e b s t e re ta 1 ，1 9 7 8 ) ；爪哇和苏门答蜡海拔1 3 0 0 米以上 热带山地的孢粉记录，表明冰期时高山森林带界限下移，相当于降温1 8 7 ( s t u i j t se ta 1 ，1 9 8 8 ) 。表层海水温度不变，山地却强烈降温，成为热带古气候 研究中的难解之迷( r i n de ta 1 ，1 9 8 5 ) 解开这一热带海区古温度之谜的关键可能在研究方法上。c l i 脚重建太 平洋1 8 0 0 0 年以来古温度，使用的是“转换函数法 ，夏季温度误差约d ：1 5 c ， 冬季约4 - i 9 ( m o o r ee ta 1 ，1 9 8 0 ) ，估算出的1 8 k a 前与今温差0 - 2 实际上是 第1 章前言 落在转换函数法的误差范围以内。 随着测试技术的不断发展，使得再造表层海水古温度的方法多种多样，精 确度也越来越高。目前应用比较广泛的有：( 1 ) 利用浮游有孔虫转换函数法恢 复表层海水古温度变化；( 2 ) 利用有机地球化学方法，将沉积物中特定的有机 物含量信息转换为海水表层温度，即长链不饱和烯酮u 7 法；( 3 ) 利用浮游生 物壳体中的m g c a 比值求取古海水表层温度。 古生态“转换函数法”在热带海区遇到的问题前已述及，u 7 法虽精确度较 高，但在低纬区随着研究的不断深入也发现了其无法回避的缺陷。长链不饱和 烯酮，在新生代沉积物中，主要由颗石藻e m i l i a n i ah u x l e y i 和g e p h y r o c a p s a o c e a n n i c a 产出( m a r l o w ee ta 1 ，1 9 9 0 ) ，是一系列含2 - 4 个c = c 双键的有机化 合物，u 7 法正是根据c = c 个数不同的化合物的含量，建立其与海水温度之间 的关系式( p e l e j e r oe ta 1 ，1 9 9 9 ) 。然而在水温超过约2 8 的区域，几乎没有含3 、 4 个c = c 的化合物产出，估算出的最高温度代表的只能是2 8 这个限值的信息 ( 赵美训，个人交流) 因此，u 7 法在低纬热带海区也存在一定问题。相反， 近年来发展出来的有孔虫壳体m c a 比值方法在热带海区的古温度研究中取得 了极大成功，不仅揭示出冰期热带海区有3 5 的降温，而且发现在冰消期过程 中s s t 超前于北半球冰盖的融化约2 3 千年( l e ae ta 1 ，2 0 0 0 ) ，从而在国际上 掀起了热带海区古温度研究的新高潮。 1 1 3 太平洋热带海区晚第四纪表层海水温度变化 1 1 3 1 冰期旋回中热带海区表层海水温度变化的幅度 现代海洋调查发现，赤道两侧从太平洋到印度洋东部有一大片多年平均表 层水温超过2 8 的“西太平洋暖池区 ( y a ae ta 1 。1 9 9 2 ) ，其表层水温全世界 最高。作为全球大洋热量和水汽的主要源区，西太平洋暖池不仅与厄尔尼诺南 方涛动( e n s o ) 和亚洲季风密切相关同时又处在三大季风环流汇合区，其巨 大的热存储容量对于调节全球气候有着举足轻重的影响( w e b s t e re ta 1 ，1 9 9 8 ；j i n e ta 1 ，1 9 9 4 ；t z i p e r m a ne ta 1 ，1 9 9 4 ) 不仅如此，最近的研究还表明，热带海区 的表层水温变化在全球古气候的变迁中也起到了十分重要的作用( 汪品先，1 9 9 8 ； l e ae ta 1 ，2 0 0 0 ；p i e r r e h u m b e r t , 2 0 0 0 ；k u m p ，2 0 01 ；h o e r l i n gc ta 1 ，2 0 01 ；h a r t m a n n ， 2 0 0 2 ；p h i l & e r & f e d o r o v ，2 0 0 3 ；v i s s e re ta 1 ，2 0 0 3 ) 。 2 第l 章前言 鉴于热带海区表层海水温度再造的需要，h a s t i n g s 等( 1 9 9 8 ) 首次尝试用 m g c a 比值估算冰期时热带大西洋的表层海水温度变化。近年来，m g c a 比值 已经广泛运用于表层海水古温度研究，在热带海区古海洋学研究中的应用已经 取得了另人瞩目的成果。l e a 等( 2 0 0 0 ) 利用m c a 比值的方法在赤道太平洋 的研究表明，热带太平洋表层海水温度在末次盛冰期较现在低2 8 + 0 7 ，在过 去的4 5 万年里西太平洋地区冰期一间冰期的海水表层温度相差5 。v i s s e r 等( 2 0 0 3 ) 使用同一方法的研究结果与上述结果一致，在最近的两个冰期一间 冰期旋回中热带太平洋地区表层海水温度有3 5 4 0 1 2 的变化。u 7 法的估算结 果( l y l ee ta 1 ，1 9 9 2 ；p e l e j e r oe ta 1 ，1 9 9 9 ) 和c r o w l y ( 2 0 0 0 ) 使用校正的转换函 数的研究也支持在冰期一间冰期旋回中热带海区表层水温有2 3 的变化。 g u i l d e r s o n ( 2 0 0 1 ) 在热带太平洋的研究也表明末次盛冰期有明显的降温。看来， 冰期太平洋热带海区确实存在降温，已是不争的事实。 1 1 3 2 全球气候变化的热带驱动 2 0 世纪晚期古气候研究的最大突破，在于证实了地球轨道参数变动造成的 冰期旋回即“米兰科维奇周期一。北纬6 5 0 夏季太阳辐射量变化周期的计算结 果，与地质记录中的冰期旋回相符合，从而成功地揭示了第四纪冰期旋回的成 因。科学家们进一步发现，这种变化又通过北大西洋深层水的盛衰，影响全球 大洋，因此认为北半球高纬地区是第四纪冰期旋回和气候变化的根源。但这不 是唯一的原因，在- “全球变化 研究中发现，低纬地区，特别是西太平洋暖池 区通过海气交换，可以改变高纬地区的气候( c a n e ，1 9 9 8 ) 。l e a ( 2 0 0 0 ) 、v i s s e r ( 2 0 0 3 ) 使用m c a 比值的方法在热带太平洋的研究都已证明，表层海水温度 s s t 的变化超前与浮游有孔虫氧同位素8 t s o 变化约2 3 千年，也就是说，热带 区表层水温变化超前与北半球冰盖消长。从而，为古气候变化的热带驱动假说 ( c a n e ，1 9 9 8 ；c a n e & c l e m e n t ，1 9 9 9 ；h o e d i n g ，2 0 0 1 ；汪品先，2 0 0 1 ，2 0 0 3 ) 提供了 有力证据。 1 1 4 南海南部热带海区表层海水温度的研究现状 南海南部处于东亚季风区的热带海区，又位于现代西太平洋暖池的北部边 缘。对于该区域表层海水温度的研究，前人已有大量工作( j i a ne ta 1 ，2 0 0 0 ；k i e n a s t , 2 0 0 1 ；s t e i n k ee ta 1 ，2 0 0 1 ；p e l e j e r o ，2 0 0 3 ；x ue ta 1 ，2 0 0 5 ) 已有的研究结果表明， 3 第1 章前言 采用古生态转换函数法估算的晚第四纪南沙海区表层海水古温度变化出现异 常，甚至有冰期时温度比间冰期时的高的情况( x ue ta 1 ，2 0 0 5 ) ，不存在南海以 往发现的冰期s s t 低、间冰期s s t 高的典型特征。但采用u 7 法等其他方法， 却发现南海南部冰期有降温现象，且有明显的冰期一间冰期旋回( p e l e j c r oe ta 1 ， 2 0 0 3 ) 。那么，南海热带海区在晚第四纪冰期旋回中其表层海水温度到底有没 有降温? 其变化特征如何? 与东亚季风和西太平暖池有何关联? 这一系列问题 自然成为当前南海古海洋学研究、也是本次研究首先需要回答的科学问题。 1 2 研究目标 本次研究旨在采用m g c a 比值分析新技术，结合浮游有孔虫群及其壳体氧、 碳同位素分析，再造晚第四纪南海南部热带海区表层海水温度变化的历史，进 而分析海水上层水体结构的变化，为热带海区古气候变化的研究提供关键资料。 本次研究主要围绕以下几个方面开展工作： ( 1 ) 南海南部热带海区在冰期时是否降温、降温幅度有多大? ( 2 ) 是什么原因导致了古生态转换函数估算表层海水温度在该区域不适 用? ( 3 ) 南沙热带海区的s s t 和海水上层水体结构还受到东亚季风的影响，两 者关系如何? s s t 的变化是否也呈现季风变动的周期性? ( 4 ) k i e n a s t 等( 2 0 0 1 ) 使用u 7 法在该区域的研究认为表层海水温度s s t 变化与6 1 8 0 一致，不同于赤道太平洋的研究结果。那么，在该区域使用m g c a 比值恢复的表层海水温度是否与l e a ( 2 0 0 0 ) 、v i s s e r ( 2 0 0 3 ) 使用m g c a 比值 方法在热带太平洋的研究结果一致：末次冰消期s s t 变化早于6 埔o ? 4 第2 章材料和方法 2 1 研究材料 第2 章材料和方法 本次研究的1 7 9 6 1 2 孔是中德合作“太阳号 9 5 航次( s a m t h e i ne ta 1 ，1 9 9 4 ) 从南沙海区取得的，位于8 0 3 0 4 ，n ，11 2 0 1 9 9 e ，水深1 7 9 5 m ，近巽它陆架( 如 图1 ) 。该孔位于南海多年平均表层水温2 8 ( 2 等温线以南，也就是位于西太平洋 暖池的北部边缘( y a ae ta 1 ，1 9 9 2 ) 。 图l南海热带海区1 7 9 6 1 2 孔及本次研究相关的南海钻孔位置图 粗的虚线示意多年平均表层水温2 8 的等温线 5 第2 章材料和方法 1 7 9 6 1 2 孔岩芯长1 0 3 m ，沉积物主要由浅灰色一白色钙质超微化石软泥组 成，含有孔虫和硅藻，并伴有轻微生物扰动构造。根据底栖有孔虫氧同位素资 料，底部地层年龄大致为1 5 0 k ab p 。本次研究采用柱状样o - 9 9 0 e m 进行分析， 其中浮游有孔虫( p f ) 群落分析取样间距为1 0 e r a ，平均时间分辨率为一1 4 5 0 年； m g c a 比值测定采样间距为5 c m ，平均时间分辨率为8 0 0 年；浮游有孔虫稳定 氧、碳同位素测定末次冰消期( 终止期i ) 和氧同位素m i s 5 6 期( 终止期i i ) 取样间距为5 c m ，其余为1 0 c m ，平均时间分辨率为一1 2 0 0 年；底栖有孔虫稳定 氧碳同位素测定主要由基尔大学完成( w a n ge ta 1 ，1 9 9 9 a ) ，但本次研究将终止期 i 和终止期i i 的取样间距加密至5 c m ，因而总的样品平均时间分辨率为1 3 5 0 年。 此外，本次研究也结合了前人的u 7 分析结果( p e l c j e r oe ta 1 ，1 9 9 9 ) 。这样， 1 7 9 6 1 2 孔各项分析工作的样品信息见表1 。 表l1 7 9 6 1 - 2 孔各项分析的样品信息 取样间距平均时问 分析项目样品数资料来源 ( c m ) 分辨率 浮游有孔虫群落分析1 09 71 4 5 0本次研究 m g c a 比值测定 51 7 5- 8 0 0 本次研究 g l o b i g e r i n o i d e sr u b b e r 5 l o 1 1 3 1 2 0 0本次研究 氧 碳 p u l l e n i a t i n ao b l i q u i l c l c u l a t a5 一1 01 1 3- 1 2 0 0 本次研究 同 位 w a n ge ta 1 ，1 9 9 9 ( 9 0 素 c i b i c i d o i d e sw u e l l e r s t o r f i5 一l o1 0 8- 1 3 5 0 个样品) 和本次研究 ( 1 8 个样品) u 勤测定 3 1 01 2 7- 1 1 0 0 p e i e j e r oe ta 1 ，1 9 9 9 6 第2 章材料和方法 2 2 实验方法 2 2 1 样品处理 每样取5 1 0 c c 沉积物，先放入烘箱( 环境温度 0 0 6 3 r a m 的组份；最后将收集到的粗组分于烘箱中( 环境温度 o 1 5 4 r a m 的组分置于玻璃板上。由于多数样品中富含有孔虫，对 o 1 5 4 r a m 的组分用分样器进行分样，直至其中所含浮游有孔虫完整壳体2 0 0 , - - - , 4 0 0 枚，然 后进行鉴定、统计，并同时统计浮游有孔虫碎片的数量。 浮游有孔虫的鉴定主要依据s a i t o 等( 1 9 8 1 ) 的标准和图版，同时参照了 k e n n e t t & s r i n i v a s a n ( 1 9 8 3 ) 和( 1 9 7 7 ) 的工作，共鉴定浮游有孔虫属种3 0 种 ( 包括未定名化石) 。其中，对浮游有孔虫同一种的不同生态类型分别进行统 计，如g 肠6 和r i n o i d e ss a c c u t i f e ，有袋型与无袋型( 分别记为gs a c c u l i f e rw 和 gs a c c u l i f e rw o ) ，g l o b o r o t a l i at r u n c a t u l i n o i d e s 和n e o g l o b o r o t a l i ap a c h y d e r m a 的 左旋壳与右旋壳( 分别记为gt r u n c a t u l i n o i d e sl 、gt r u n c a t u l i n o i d e sr 和 p a c h y d e r m al 、v = p a c h y d e r m ar ) 。 本次工作共鉴定统计柱状样o 1 0 米的9 7 个样品，共统计浮游有孔虫完整壳 体2 6 万余枚、碎片达1 5 万片( 数据见附录1 ) 。 2 2 3 氧、碳稳定同位素分析 从样品中挑出洁净无沾染、壳径3 0 0 - - 3 6 0g r n 的g l o b i g e r i n o i d e sr u b e r 壳体 1 4 枚，3 6 0 4 4 0 哪的p u l l e n i a t i n ao b l i q u i l o c u l a t a 壳体8 枚，2 5 0 - - 8 0 0l a i n 的 c i b i c i d o i d e sw u e l l e r s t o r f i 壳体3 5 枚，镜下以解剖针破碎后用乙醇( 浓度 9 9 7 ) 在超声波浴中清洗三次( 每次持续时间5 至l o 秒) ，经4 0 下干燥后在同济大 学海洋地质国家重点实验室用f i n n i g a a - m a t 2 5 2 质谱仪测定6 埔o 值和5 c 值。 精度标准参照中国国家碳酸钙标准( g b w 0 4 4 0 5 ) 和国际标准( n b s l 9 ) ，2 0 0 5 年 7 第2 章材料和方法 8 1 s o 的标准偏差是0 0 8 0 ，8 1 3 c 的标准偏差是0 0 6 0 ( p d b ) 。 2 2 4m g c a 比值测定 2 2 4 1 原理 有孔虫在生长过程中，从海水中吸收c a 、m g 等元素形成碳酸盐壳体。海 水中的m g c a 比值基本是一个常量，因此有孔虫壳体m c a 比值变化反映的是 周围海水中环境参数的变化。实验表明，有孔虫壳体m g c a 比值会随着海水温 度升高而增高，这是因为m g 置换c a 是吸热过程，所以温度升高会导致壳体 m g 含量的增加。正因为如此，就可以用有孔虫壳体m c a 比值来反演海水温度 的变化。有孔虫壳体m c a 比值可以比较精准地恢复古海水温度，可以避免象 氧同位素一样既受全球海平面涨落的影响、又受周围海水的盐度影响：也可避 免转换函数计算过程中有孔虫一些属种由于生态原因不确定引起的偏差：在热 带海区还可避免u 勤方法的缺陷。因而，通过有孔虫壳体m g c a 比值推算的晚 新生代海水古温度具有较高的精确度，已经成为目前计算热带海区古温度最为 成功的方法，是一支优良的“古温度计? ( 李建如，2 0 0 5 ) 。 当然，有孔虫壳体m g c a 比值也受周围海水中其它环境参数的影响。实验 证明，有孔虫壳体m c a 比值还受到溶解作用、p h 值以及盐度的影响。因此在 运用m g c a 比值计算温度时需要加以考虑并尽量排除。有孔虫壳体m g c a 比值 计算温度的理论误差为圭1 1 ，考虑溶解作用、p h 值以及盐度的影响，误差为 士1 3 ( l e ae ta 1 ，1 9 9 9 ) 。对于生活在海水表层的有刺类浮游有孔虫gt u b e r 来 说，溶解作用对m c a 比值估算温度的影响在o 5 以内( l e ac ta 1 ，2 0 0 0 ；d e k e n s e ta 1 ，2 0 0 2 ) 。p h 值增大o 1 ，m g c a 比值估算的温度低0 6 ( l e ae ta 1 ，1 9 9 9 ) 。 在盐度变化小于3 o 的情况下，盐度每升高1 9 6 , ，m g c a 比值估算的温度高0 6 一- 0 8 c ( n t t m b e r gc ta 1 ，1 9 9 6 ；l e ae ta 1 ，1 9 9 9 ) 。 本次研究中m g c a 比值测定，从浮游有孔虫gt u b e r 挑选、样品预处理， 到m c a 比值的测定均在同济大学海洋地质国家重点实验室完成。m c a 比值 测定在本实验室尚属首次，此次工作对实验方法的建立与改进有重要意义。 2 2 4 2 测试方法 本次研究使用的是电感耦合等离子体光谱仪( i c p a e s ) 来测定有孔虫壳体 的m c a 比值。有孔虫壳体的清洗是m g c a 比值能否准确测试的关键。由于壳 8 第2 章材料和方法 体在沉积和埋藏甚至取样的过程中，都会受到周围环境可能的“污染 ，加上 有孔虫壳体中m g 含量本身就很低，细微的污染也会对结果产生不小的影响。 样品前处理的主要步骤如下： 步骤一样品准备 ( 1 )选取完整、无充填物的干净有孔虫壳体。本次工作从每个钻孔样品 ， 中挑出浮游有孔虫gr u b e r 壳径为0 2 5 , - - - , 0 3 5m i l l 的纯净无沾染壳 体8 0 枚左右，准备两份平行样品( 每个样品含- , - 4 0 枚gt u b e r 壳体) ， 并分别进行下述前处理步骤和上机测试，最后还对平行样品的分析 结果进行比较，以检验分析测试的稳定性和精确度。 ( 2 )在显微镜下检查样品的有孔虫属种，用刷子除去杂质和不正确属种 ( 3 )样品称重，并记录各项数据 ( 4 )用玻璃板压碎样品，并在显微镜下去除杂质和非壳体成分，用刷子 把样品碎片移入瓶子 步骤二去除粘土 ( 1 )加入纯净水，用超声震荡样品3 0 秒，将水吸出，重复3 次 ( 2 )用甲醇清洗2 次，方法同上 ( 3 )用纯净水清洗1 次，方法同上 步骤三去除氧化物 ( 1 ) 将样品架置于通风厨。制备溶液a ：7 5 0 “1 的联氨加入1 0 m l 的氨水 和o 5 n 的柠檬酸1 0 m l 。在每个装有样品的瓶子中加入1 0 0 p , l 的溶 液a ( 2 )将样品架放入沸水中，每隔2 分钟取出，用超声波清洗2 秒，放 回沸水中，此步骤持续3 0 分钟 步骤四去除联氨，用纯净水清洗3 次，包括样品瓶盖子 步骤五去除有机质( 氧化步骤) ( 1 ) 制备溶液b ：在3 0 m l 的0 1 n 的n a o h 中加入3 0 0 9 l 的3 0 的h 2 0 2 ， 每个瓶子中加入2 5 0 肛1 溶液b ( 2 )盖上盖子，加热1 0 分钟。在此过程中超声震荡两次，每次2 秒 步骤六去除氧化物，用纯净水清洗3 次，第一次在通风厨进行，同时清洗 盖子 步骤七转移样品 9 第2 章材料和方法 ( 1 )将样品转移到新的瓶子，每次转移结束都要清洗虹吸管 ( 2 )瓶子中加入纯净水，轻弹瓶子使样品至瓶子底部，后用虹吸掉瓶子 中的水 步骤八弱酸清洗 ( 1 ) 加入1 0 0 1 j j 的0 0 0 1 n 的h n 0 3 溶液( 6 5 的2 0 p l 稀释到2 0 0 m 1 ) ( 2 )加入纯净水，轻弹，虹吸掉水，重复2 次 ( 3 )样品处理完毕，等待上机测试。 2 3 数据分析 2 3 1 粗组分含量 粗组分含量指粒径大于o 0 6 3 m m 的粗组分重量占样品总重量的百分比。由 于粗组分中有孔虫桥体等碳酸盐颗粒占相当大比例，因而在南海粗组分含量曲 线可以表征样品中碳酸盐含量的变化。 2 3 2 碎壳率 浮游有孔虫碎壳率能比较真实地反映碳酸盐的溶解作用( b de ta 1 ，1 9 7 6 ； h e b b e l n & b e r g e r ，1 9 9 0 ；l e & s h a c k l e t 0 玛1 9 9 2 ；王律江，1 9 9 2 ；m i a oe ta 1 ，1 9 9 4 ) 。 假定每一个浮游有孔虫被溶解后分成8 块壳体，利用乐建宁等的公式( l e & s h a c k l c t o n ，1 9 9 2 ) 计算出碎壳率 碎壳率= ( f 8 ) ，( f 8 + w ) ( 其中f 是碎壳的总数，w 是所挑样品中完整壳体的个数) 。 2 3 3 采用古生态转换函数计算表层和次表层海水温度 i m b f i e & k i p p ( 1 9 7 1 ) 采用因子分析( f a c t o r a n a l y s i s ) 和回归分析( r e g r e s s i o n a n a l y s i s ) 相结合的技术，从化石群中提取出温度的信息，是迄今为止运用最广 的古温度转换函数方法。t h o m p s o n ( 1 9 8 1 ) 根据对西北太平洋1 8 6 个表层样的 研究建立了浮游有孔虫f p 1 2 e 转换函数，计算各样品所反映的夏季和冬季表层 古水温。该函数的适用范围为夏季温度在2 3 ( 2 以上、冬季温度在1 4 c 以上的海 1 0 第2 章材料和方法 区，计算结果的标准误差分别是1 4 6 和2 4 8 。 沿用t h o m p s o n 的f p 1 2 e 转换函数2 0 年来，在西太平洋尤其是中国南海取 得了很大成绩。但由于该函数仅建立在西太平洋1 8 6 个表层样研究基础上，分 析误差比较大