（海洋地质专业论文）赤道西太平洋晚第四纪千年尺度的古气候波动.pdf

摘要 摘要 西太平洋暖池是全球气候最大的热源，并在二氧化碳和水汽等的吸收和释 放上扮演着重要角色。研究发现第四纪的气候波动不仅存在冰期问冰期的大尺 度旋回，也存在千年尺度的短期气候事件。因而，在暖池区揭示千年尺度的古 气候变化，进而探讨其对全球气候变化的影响显得十分重要。本次研究工作正 是旨在探讨暖池区末次冰期约6 万年以来上部水体垂向结构的不稳定性和千年 尺度的古气候波动。 对西太平洋暖池核心区m d 0 1 2 3 8 6 柱状样( 1 2 9 0 4 7 5 6 e 、0 1 0 0 7 8 0 n ；水深 2 8 16 m ；岩芯长3 2 8 4e m ) 最上部1 21 3 1 浮游有孔虫表层水种g l o b i g e r i n o i d e sr u b e r 和次表层水种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 进行高分辨率的氧碳稳定同位素分析， 结合a m sm c 测年，表明其属于末次冰期全新世的沉积。碳酸钙百分含量和 浮游有孔虫的碎壳率都表明研究区冰期时的溶解程度比间冰期强，并且存在千 年尺度的溶解作用周期性变化。 对该沉积柱状样进行浮游有孔虫群落分析，计算暖池区的温跃层深度和表 层海水温度，结合m c a 比值测定的表层海水温度，分析暖池区上部水体冰期 间冰期的变化。研究发现，暖池区的表层海水温度在末次盛冰期时平均为2 6 5 0 c ( 古生态转换函数计算所得) ，中全新世时平均为2 9 1 。c ，相差大约2 6 0 c 。温跃 层深度在末次盛冰期时平均为1 5 0 米，早中全新世时平均为2 1 2 米，相差6 2 米。 温跃层和表层海水温度的变化都具一1 7k a 和加8 0 7k y 的周期性，但冰期时的 变化周期以一1 7k a 为主，全新世时的周期以加8 0 7k a 为主，且这种千年尺度 的古气候变化，其幅度在冰期时比间冰期的大。因此暖池区上部水体垂向结构 在近6 万年以来一直表现为不稳定。 在此基础上，将暖池区的各项古气候记录和东亚季风区东亚大陆的两个溶 洞h u l uc a v e 和d o n n g ec a v e 以及中国南海1 7 9 4 0 站的古气候记录进行对比，发 现都反映出千年尺度的短周期气候变化事件在冰期时频繁发生，但陆地溶洞的 6 摘要 古气候变化比海洋的变化强烈，南海的记录和暖池区的记录更为相近。这可能 是因为南海1 7 9 4 0 站通过巴士海峡与开阔大洋表层水相连，又处在从暖池发源 的黑潮的流经途径附近上，所以其氧同位素和暖池区的记录比较相似。 此外，暖池区和极地冰芯的古气候记录对比发现，暖池区与南极冰芯的古 气候变化表现出良好的相关性，其相关程度明显比暖池与格陵兰冰芯的相关性 高。暖池区也存在类d o 事件，但变化幅度( 特别是在新仙女木期事件上) 与 南极冰芯记录的相当，明显小于格陵兰冰芯的6 1 8 0 变化，且暖池区的这类事件 持续时间比较长，次数也多过格陵兰冰芯的。尤其是，末次冰消期暖池区的温 度和温跃层变化与南极冰芯的6 1 8 0 变化在时间上相近，而早于代表北极冰盖的 格陵兰冰芯6 1 8 0 变化。这就向传统认为的北半球高纬地区驱动全球气候的认识 提出了挑战，同时也为古气候的“热带驱动”假说提供了有力证据。 关键词：西太平洋暖池，稳定同位素，浮游有孔虫，千年尺度气候事件，末 次冰期 7 a b s t r a c t a b s t r a c t a st h em a i ns o u r c eo fg l o b a lh e a ta n dv a p o r , t h ew e s t e r np a c i f i cw ar mp o o l ( w p w p ) a c t sa sa ne n g i n e o ft h eg l o b a lc l i m a t i cs y s t e ma n d ，t o g e t h e rw i t ht h e h i g h - l a t i t u d en o r t ha t l a n t i c ，c o n s t i t u t e st h em a i ns w i t c ho ft h eg l o b a le n v i r o n m e n t a l c h a n g e s l o c a t e di n t h ej u n c t i o no ft h et h r e em o n s o o nc i r c u l a t i o n s ，t h ew p w pi s i n s e p a r a b l ef r o mt h es o u t h e mo s c i l l a t i o n ，e 1n i n oa n de a s ta s i a nm o n s o o n ，s ot h e c h a n g e so ft h eu p p e rw a t e rs t r u c t u r ea n ds e a s u r f a c et e m p e r a t u r e ( s s di nt h i sa r e a s t r o n g l yi n f l u e n c et h eg l o b a lc l i m a t ec h a n g e t h ev a r i a b i l i t yo ft h ew p w p s i n c et h e l a t eq u a t e r n a r yh a sb e c o m et h ep r i m a r yi s s u ei nt h eq u a t e r n a r yp a l e o c l i m a t o l o g ya n d p a l e o c e a n o g r a p h y p a r t i c u l a r l y , d u r i n gt h el a s tt e ny e a r s ，m i l l e n n i a l - s c a l ec l i m a t i c f l u c t u a t i o n sh a db e e nf o u n di n m a n yd e e p s e as e d i m e n t s ，l a k es e d i m e n t sa n d s t a l a g m i t e sf r o ms o m ec a v e s ，w h i c hc a nn o tb ee x p l a i n e db yt h em i l a n k o v i t c h p a l e o c l i m a t o l o g i c a lt h e o r y t h e r e f o r e ，t h eh i g hr e s o l u t i o ns t u d yi nt h ew p w p w i l l h e l pt of i n dt h er e a lr o l ep l a y e db yt h ew p w p i nt h eg l o b a lc l i m a t i cc h a n g e ss i n c et h e l a t eq u a t e r n a r y t h e u p p e r1 2m o f c o r em d 0 1 - 2 3 8 6 ( 1 2 9 0 4 7 5 6 e 、0 1 。0 7 8 0 n ；w a t e rd e p t h2 8 1 6 m ； c o r el e n g t h3 2 8 4c m ) f r o mt h ew e s tp a c i f i cw a l t np o o lw a ss t u d i e df o rd e t e r m i n i n g t h ev a r i a b i l i t yo ft h ed e p t ho ft h e r m o c l i n e ( d o t ) a n dt h es e as u r f a c et e m p e r a t u r e ( s s t ) s i n c et h el a t eq u a t e r n a r ya tc e n t e n n i a ls c a l e sb a s e d o nh i g h - r e s o l u t i o no x y g e n a n dc a r b o ns t a b l ei s o t o p e so fp l a n k t o n i cf o r a m i n i f e r sg l o b i g e r i n o i d e sr u b e ra n d 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 ，t o g e t h e rw i t ht h ea m sh ca g ed a t i n g s t h er e s u l t s s h o wt h a tt h e 瑙o ，d o ta n ds s ti nt h ew e s tp a c i f i cs i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e ds i n c et h e l a s tg l a c i a lm a x i m u mw i t hm i l l e n n i a ls c a l ef r e q u e n c y t h ea v e r a g es s tw a s2 6o c h i g h e ri nt h em i d d l eh o l o c e n et h a ni nt h el a s tg l a c i a lm a x i m u m t h ea v e r a g ed o t w a s6 2m e t e rd e e p e ri nt h em i d d l eh o l o c e n et h a ni nt h el a s tg l a c i a lm a x i m u m t h e s s ta n dt h ed o tf l u c t u a t e dw i t h 一1 7k aa n d 加8 0 7k af r e q u e n c yi nb o t hg l a c i a l a n di n t e r g l a c i a lt i m e ，w h i l et h e yb o t hs h o w e db i g g e ra m p l i t u d ei nt h eg l a c i a lt i m e t h ec h a n g e so fd o ta n ds s ti nt h ew p w pa p p e a rt oh a v ea f f e c t e dt h eo t h e r 8 a b s t r a c t c l i m a t i cr e c o r d si n f l u e n c e db yt h ee a s ta s i am o n s o o n t h ea n t a r c t i cp a l e o - c l i m a t i c r e c o r d ss h o wag o o dr e l a t i o nw i t ht h eg e n e r a lt r e n d ，f r e q u e n c ya n da m p l i t u d eo ft h e c l i m a t ev a r i a t i o n si nt h ew p w p w h i l et h eg r e e n l a n di c er e c o r d ss h o ws o m e d i f f e r e n c e s t h ec h a n g e so fs s ta n dd o tl e a dt h ec h a n g e so fg r e e n l a n di c e c o r e 5 1 s 0w h i c hr e p r e s e n tt h eg l o b a li c ev o l u m e t h e s er e s u l t sc h a h e n g e dt h et r a d i t i o n a l k n o w l e d g ew h i c ht h o u g h tt h en o r t hh i g hl a t i t u d ea r e ad r i v et h ec l i m a t i cc h a n g e s ，a n d s u p p o r tt h ec o n c l u s i o nt h a tw p w p i sa m o n gt h ed r i v e r sw h i c hi n f l u e n c et h eg l o b a l c l i m a t ev a r i a t i o n s k e yw o r d s ：w e s tp a c i f i cw a l i np o o l ；s t a b l ei s o t o p e ；p l a n k t o n i cf o r a m i n i f e r ； m i l l e n n i a l - s c a l ed i m a t i cf l u c t u a t i o n ；l a s tg l a c i a ls t a g e 9 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 日 月 者作 年日 文论 位名学签 月 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，均己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 第1 章前言 地球轨道驱动理论或者“米兰科维奇学说”的建立，是2 0 世纪古气候研究中 最为辉煌的成就。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。 但是不断有发现表明，除了轨道尺度上的冰期间冰期旋回以外，还存在着 千年尺度和百年尺度的气候旋回现象。格林兰冰芯记录表明，在1 1 0 - - 1 5k ab p 之间，冰芯中61 8 0 与降尘含量有2 3 次之多的快速变化，相当于6 7 的升温， 这类事件可以在几十年或者更短的时间内发生，反映了气候系统在冷、暖两种 状态之间的“颤动 。一向被认为平稳的全新世也有百年尺度的气候变化周期。 发生在1 1k ab p ( 日历年，以下同) 的“新仙女木期”事件，就是末次冰消期在 转暖过程中持续了大约13 0 0 7 0a 的一次气候回返事件( b e r g e rw he ta 1 ， 1 9 8 7 ；d a n s g a a r dw e ta 1 ，1 9 8 9 ) 。气候较暖的中全新世发生的8 2k ab p 的变冷 事件也具有全球意义( g r o o t e spm e ta 1 ，1 9 9 3 ；s o w e r ste ta 1 ，1 9 9 5 ；b a r b e rd ce t a 1 ，1 9 9 9 ) 。人们在关注人为因素造成温室气体排放失控进而导致全球变暖的过 程，也要重视自然界自身的冷暖变化周期以及突然的气候变化事件。 全球性的千、百年尺度的气候变化事件到底是否存在，其产生机理、影响 因素和范围，具体的周期是多少都是目前古海洋学界所关注的热点话题。研究 发现，北大西洋深层水的盛衰，影响全球大洋的物质和热量的传送。因此北半 球高纬地区被认为是第四纪冰期旋回和气候变化的根源。但如果将其作为影响 千百年尺度的气候变化的唯一因子，还缺乏较强的说服力。科学家们又把目光 投向了一直以来被认为在冰期间冰期旋回中缺乏表现力的赤道地区，深入的研 究认为赤道地区在全球气候变化中功不可没。 对于低纬度海区的关注，主要来自于近年来对厄尔尼诺和季风气候的研究。 1 第1 章前言 “海气交换”的国际性调查研究结果发现，低纬度海区在现代全球的气候系统中起 着关键作用。特别是赤道两侧从太平洋西部( 包括南海南部和苏禄海) 到印度 洋东部的一大片面积约2 0 x 1 0 7 k n l 2 、长期年平均水温超过2 8 c 的“西太平洋暖池” 海区，其温度比赤道其它地区高出约2 5 ，由于该海区向大气输送热辐射和 通过蒸发输送潜热的能力最强，因此是世界大洋海水加热最强的地方( y a nx ， e ta 1 ，1 9 9 2 ) 。西太平洋暖池作为全球大洋热量和水汽的主要源区，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 域，其巨大的热存储容量对于调节全球气候有举足轻重的影响( w e b s t e rpj ，e t a 1 ，1 9 9 8 ；j i nf - f ，e ta l ，1 9 9 4 ；t z i p e r m a ne ，e ta l _ ，1 9 9 4 ) 。又如今天赤道 太平洋区的温跃层呈现东浅西深的特点，表层水温有东低西高的差异，一旦西 太平洋暖池区海水上层结构和表层水温发生变化，就会影响向大气输送辐射热 和通过蒸发输送潜热的能力，从而影响到全球的气候系统( 汪品先，1 9 9 8 ) 。 因此，冰期旋回中西太平洋暖池的消长与稳定性自然就成为第四纪古气候研究 中首要的问题，该区也己成为国际古海洋学研究的热点之一，其古气候重要性 越来越被人们所认识( d ed e c k e e rp ，1 9 9 7 ；m a r t i n e zj 1 ，1 9 9 4 ；l e ad w ， e ta l ，2 0 0 0 ：v i s s e rk ，e ta l ，2 0 0 3 ) 。 因此，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 em a ，1 9 9 8 ) 。为此汪品先等( 2 0 0 1 ； 2 0 0 3 ) 总结出：冰期旋回是高纬与低纬区共同作用的结果，即“双重驱动”的假说。 国际古海洋学界正在对西太平洋地区开展更多的工作，以期解答上述的两 个问题：1 ) 千年尺度气候旋回事件是否在低纬地区也存在? 是否是全球现象? 劲西太平洋暖池如何影响或者决定全球气候的变化? 以往开展的研究工作取得 了丰富的研究成果，但很少用浮游有孔虫来讨论暖池核心区的表层海水温度及 上部海水垂向结构的变化，尤其是千年尺度的气候波动。本次工作选取国际海 2 第1 章前言 洋古全球变化( i m a g e s ) 2 0 0 1 年w e p a m a 航次在翁通爪哇海台m d 0 1 2 3 8 6 站钻取的岩芯，利用a m s l 4 c 测年数据，结合氧同位素分析，建立起赤道西太 平洋暖池核心区末次冰期- - - 6 0 k a 以来的年代地层框架，着重通过浮游有孔虫组 合的变化来分析碳酸盐的溶解与保存、表层海水温度和温跃层深度等古海洋学 的演变，并将暖池区的古气候记录与东亚季风区以及极地冰芯的古气候记录进 行对比，以期为研究第四纪千年尺度气候波动提供科学依据，并进而探讨暖池 区在全球气候变化中的作用。 3 第2 章材料和方法 第2 章材料和方法 2 1研究材料 m d 0 1 2 3 8 6 孔( 1 2 9 04 75 6 e 、叭o0 78 0 n ) 位于印度尼西亚东部陆坡北缘 ( 如图1 ) ，西太平洋暖池核心区，水深28 1 6 m 岩芯长3 28 4 i l l 。沉积物主要 由橄榄灰色钙质超微化石软泥组成，含有孔虫和硅藻富有机质斑点报发育 常见轻微生物扰动构造。根据浮游有孔虫氧同位素，底部地层年龄大致为2 4 0 k v r 。本次研究主要采用柱状样上部约1 2 i s n 长进行分析，根据a m s l 4 c 测年资料， 属于末次冰期距今6 0 k a 以来的沉积。 9 0 6 5 0 。 蒸i 溯鬻 麓 太 ”1 。2 3 訾o d p 8 0 6 b 走利亚 圉】m d 0 1 2 3 8 6 站及其它相关站位图 第2 章材料和方法 2 2 实验室方法 2 2 1 样品处理 每样取约1 0 c c 沉积物，先放入烘箱( 环境温度 o 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 0 1 5 4 m m 的组分用分样器进行分样，直至其中所含浮游有 6 第2 章材料和方法 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k e n n e t t & s r i n i v a s a n ( 1 9 8 3 ) 的标准和图版，同时 参照了s a i t o 等( 1 9 8 1 ) 、b 6 ( 1 9 7 7 ) 以及o d p 多个航次地层工作的图版，共 鉴定浮游有孔虫属种2 9 个( 包括未定名化石) 。此外，对浮游有孔虫同一种的 不同生态类型分别进行统计，如g l o b i g e r i n o i d e ss a c c u l i f e 厂有袋型与无袋型( 分 别记为gs a c c u l i f e 厂w 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mp a c h y d e r m al 、mp a c h y d e r m ar ) ，粉红色和白色的 g l o b i g e r i n o i d e sr u b e r 等。 本次工作共鉴定统计在6 1 2 米柱状样中浮游有孔虫完整壳体8 万余枚，加 上黄宝琦博士所做的上部0 6 米的浮游有孔虫完整壳体1 1 5 万枚，总计有1 9 5 万枚完整壳体。浮游有孔虫碎片达1 1 7 万片以上( 数据见附录b ) 。 2 3 数据分析 2 3 1 粗组分含量 粗组分含量指粒径大于0 0 6 3 m m 的粗组分重量占样品总重量的百分比。由 于碳酸盐溶解作用的加强，使沉积物中有孔虫等粗组颗粒减少，这样，深海沉 积中粗组分的百分比可以表征碳酸盐溶解作用的程度：粗组分含量减少说明溶 解作用加强；增多说明溶解减弱。 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( 1 3 6e ta 1 ，1 9 7 6 ； h e b b e l n b e r g e r ，1 9 9 0 ；l ej & s h a c k l e t o n ，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 7 第2 章材料和方法 ( l ea n ds h a c k l e 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 浮游有孔虫的丰度 浮游有孔虫的丰度是研究有孔虫各项指标的基础，计算每克样品中含有孔 虫壳体的颗粒数( 包括己溶解的碎壳) ，能够用来大概指示海洋表层钙质生物 的生产力。 n i = ( f d 8 + t i ) m i n i 表示浮游有孔虫丰度，f i 表示碎壳数，t i 表示完整壳体数，m i 表示干样 样品质量 2 3 4 溶解指数( f d x ) 根据b e r g e r ( 1 9 7 9 ) 的方法计算出溶解指数( f d x ) ： f d x = ( r j p i ) p i ( 式中尉是第i 种的抗溶等级，抗溶等级越高，越不容易被溶；p i 是该种 所占的百分比) f d x 值越大，说明抗溶种的含量越高，也就说明沉积物中溶解程度比较深。 浮游有孔虫抗溶等级的划分参照b e r g e r ( 1 9 7 9 ) 。 2 3 5 抗溶种易溶种比值 浮游有孔虫不同属种的壳体抗溶解作用不同，g l o b o r o t a l i a 、 n e o g l o b o q u a d r i n a 、p u l l e n i a t i n a 和s p h a e r o i d i n e l l a 等为抗溶种，而g l o b i g e r i n o i d e s ， g l o b i g e r i n e l l a 和o r b u l i n a 等属于易溶种( b e r g e r ，1 9 7 9 ) ，可以根据抗溶种易溶 种比值大小定性地了解溶解作用的强弱。比值大说明溶解作用强烈，比值小说 明溶解弱。浮游有孔虫g l o b o r o t a l i am e n a r d i i 和g t u m i d a 的比值也可以作为碳 8 第2 章材料和方法 酸盐溶失的标志( k u & o b a ，1 9 7 8 ) ，g m e n a r d i i 相对于g t u m i d a 来说壳体较 薄，易于溶解，两者的比值高反映了溶解作用较弱。在m d 0 1 2 3 8 6 站，g m e n a r d i i 和g t u m i d a 的含量均不高，所以本次工作没有测定这一指标。 2 3 6 采用f p 1 2 e 转换函数计算海水表层温度s s t 决定化石群特征的因素不仅有温度，还有盐度、含氧量等其他多种环境参 数。i m b r i e 和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 ) 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 度定量估算手段。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 以上，冬季温度在1 4 以上的海区，计算 结果的标准误差分别是1 4 6 和2 4 8 。 2 3 7 采用s i m m a x 2 8 转换函数计算海水表层温度s s t 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 析误差也比较大( 冬季2 4 8 ) ，所以，1 9 9 9 年p f l a u m a n na n dj i a n 等发明了 s i m m a x 2 8 现代类比法，主要利用太平洋和南海大量表层样品，采用现代类比 法m a t 求取s s t 。该函数的标准误差冬季s s t 为1 2 7 ，夏季s s t 为0 4 5 。 2 3 8 古生态法转换函数计算温跃层深度( d o t ) 浮游有孔虫主要生活在大洋中2 0 0 m 以上的水层中，现代生态研究发现，其 分布与水深和温跃层密切相关。浮游有孔虫不同的属种生活在不同的水层范围 内，因此各属种的相对百分含量的变化可以反映大洋上部水动力条件的变化。 通常，现代海洋中g l o b o r o t a l i a ，n e o g l o b o q u a d r i n a 和s p h a e r o i d i n e l l a 等在中低 纬度主要生活在温跃层或温跃层以下的深水中，属于温跃层种；而 9 第2 章材料和方法 g l o b i g e r i n o i d e s 、g l o b i g e r i n i t a 和o r b u l i n a 等主要生活于温跃层以上的浅水中， 属于混合层种。随着温跃层的加深，混合层种的生活空间就变大，含量也随之 增多，而温跃层种含量则相应的减少，因此浮游有孔虫不同属种的含量变化可 以定性地反映水体垂直结构的改变。( b 6 ，1 9 7 1 ；h e m l e b e ne ta l ，1 9 8 8 ；r a v e l o e ta 1 ，1 9 9 0 ：c h e n ，1 9 9 4 ；j i a ne ta l ，2 0 0 0 a ) 在对浮游有孔虫各属种不同的生态环境进行全面综合考虑的基础上， a n d r e a s o n & r a v e l o ( 1 9 9 7 ) 推导出了温跃层深度的转换函数，其标准误差为2 2 m 。 计算出来的m d 0 1 2 3 8 6 站温跃层深度介于1 1 0 2 3 0 m 之间，变化幅度大大超过 了该转换函数的误差。该地区的温跃层深度计算，平均的共同度达到了0 8 8 ， 表明该转换函数能够解释化石群落信息的9 4 ，说明该转换函数比较适合该站 位的d o t 计算。 2 3 9 同位素法计算相对温跃层深度d o t 变化 由于不同属种的浮游有孔虫水深分布不同( b 6 ，1 9 7 7 ；k e l l e r ，1 9 8 5 ； h e m l e b e n ，1 9 8 8 ；r a v e l o & f a k b a n k s ，1 9 9 0 ，1 9 9 2 ；g a s p e d & k e n n e t t ，1 9 9 3 ； v a ne i i d e n ，1 9 9 5 ：c h e n & p r e l l ，1 9 9 5 ) ，因此其同位素分布也可以提供上部水 体中混合层和温跃层深度变化的信息。 浮游有孔虫温跃层种p o b l i q u i l o c u l a t a 与混合层种g r u b e r 的碳同位素值 相减，可以反映海水中营养物质的垂向交换程度，即上部海水的混合程度的变 化。差值小表明上部水体混合程度强，d o t 深；差值大反映上部水体混合程度 弱，d o t 浅。 另外，浮游有孔虫的壳体在形成过程中不仅记录了当时的海水温度，还会 受到全球冰量和当地的海水盐度的影响，所以，利用同一地点不同水深的两种 浮游有孔虫的氧同位素的差值，可以消除温度之外的影响( 海水在同一地点的 混合层和温跃层中的盐度差异很小) 。氧同位素差值小指示混合强度增加，d o t 1 0 第2 章材料和方法 变深；差值增大则表明混合程度减小，d o t 变浅。 2 3 1 0 频谱分析及相关分析 为了探讨暖池区各种古海洋学记录对地球轨道周期的响应，本次工作利用 s c h u l z s t a t t e g g e r ( 1 9 9 7 ) 的s p e c t r u m 程序对浮游有孔虫碎壳率、s s t 、 d o t 等指标进行频谱分析。工作中统一选择最高频率因子h i g h e s tf r e q u e n c y = 1 0 ， 重复采样因子o v e r s a m p i n gf a c t o r = 4 0 ，分段数n u m b e ro fs e g m e n t s = 3 ，w e l c h 窗口， 置信水平l e v e lo f s i g n i f i c a n c e = 0 0 5 ，采用最低可信频率为4 2 k y r ，即最高可信周 期为0 2 3 k a ，所有大于该值的周期不参加讨论。此程序的优点在于不用对样品的 时间序列进行插值，它支持任意时间间隔的样品系列。对于5 8k ab p 以来的样 品采取分段求取周期的方法，即求取5 8 1 9k ab p ， 1 9 1 0k ab p ，1 0 0k ab p 各 段的频率。 另外，利用a r a n d 软件进行交叉频谱分析，得出各个指标之间的相关性， 以及相关频率的相位差，以此得到各地区不同古气候记录之间的相关关系。 第3 章年代底层框架的建立 第3 章年代地层框架的建立 地层学是古海洋学研究的基础，也是深海钻探研究中的首项内容，地层年 代框架的好坏决定古海洋学研究的精确程度。本次研究着重各区域不同古气候 记录之间的比较，所以年代的可比性以及精确性的要求特别高。结合氧同位素 ( 见图4 ) ，本次研究选择了2 3 个样品进行a m s l 4 c 来进行精确定年。依据s t u i v e r m 等，本文将直接的a m s l 4 c 年龄进行了一系列换算，得到最后的日历年龄( c a l a g e ) 表1 、m d 0 1 2 3 8 6 站a m s l 4 c 测年数据及换算得到的日历年龄 d e p t h ( m ) 1 4 ca g e - 4 0 0 y r c a 1 a g e 1 2 5 3 2 9 02 8 9 03 0 5 5 2 4 5 3 3 8 52 9 8 53 1 7 7 5 0 5 3 2 0 02 8 0 02 9 4 0 7 6 5 4 5 3 54 1 3 54 6 4 1 9 0 5 5 0 5 04 6 5 05 2 7 4 1 1 2 5 1 3 0 9 01 2 6 9 01 4 8 7 5 1 4 0 5 6 8 7 06 4 7 07 3 2 5 1 8 0 5 8 7 8 58 3 8 59 3 3 4 2 1 6 5 9 7 9 09 3 9 0 1 0 5 2 5 2 4 2 5 1 0 6 5 51 0 2 5 511 9 0 3 2 8 2 511 9 3 5 11 5 3 51 3 4 7 0 3 3 2 5 1 3 4 1 01 3 0 1 0 1 5 2 6 3 m o t h ( m ) 1 4 ca g e - 4 0 0 y r 觜 3 8 4 5 1 4 1 2 01 3 7 2 01 6 1 2 1 4 1 6 5 1 4 4 3 01 4 0 3 01 6 4 9 5 4 3 6 5 1 4 9 4 01 4 5 4 01 7 1 0 9 4 8 0 5 1 5 4 2 01 5 0 2 01 7 6 8 5 5 6 0 5 1 4 9 3 01 4 5 3 01 7 0 9 7 7 0 0 51 7 9 2 01 7 5 2 02 i 揪 8 0 0 52 1 7 1 02 1 3 1 02 5 1 0 8 9 0 4 52 8 11 02 7 7 1 03 2 4 1 7 1 0 0 0 53 3 0 7 03 2 6 7 03 7 9 1 1 1 1 0 4 5 3 3 9 6 0 3 3 5 6 03 8 8 8 1 1 2 0 4 5 3 7 6 4 0 3 7 2 4 04 2 8 4 2 图2 中第1 、2 、6 、1 7 点属于异常点，可能是由于浊流或再沉积等因素引 起的沉积物从别处被搬运过来；另外，2 2 、2 3 点由于受生物扰动影响较大，本 次工作中也予以剔除。在此年龄框架下进行的浮游有孔虫分析的分辨率达到了 1 0 0 年，氧碳同位素由于在前4 米由2 厘米取样加密到1 厘米取样，分辨率约 4 0 年。 1 2 第3 章年代底层框架的建立 h 一 廿 锄 矗 u o 2 3 6 0 0 8 0 0t o o o1 2 0 01 4 0 0 d e p t ht 啪) 图2m d 0 1 2 3 8 6 站的年龄控制点( 根据a m s l 4 c 测年数据) 图3 显示末次冰期( 5 8 2 0k ab p ) 的沉积速率最小，末次冰消期到中全新 世( 1 5 5k ab p ) 次之，而在末次盛冰期附近( 2 0 1 5k ab p ) 沉积速率比较大， 达到7 0 8 0 c m k a 。 9 0 8 0 ， 7 0 砖 毫 6 0 舞 o 5 0 簧 4 0 匿3 0 塥 2 0 l0 o o 1o2 03 04 05 06 0 图3 c a l a g e ( k a b e ) m d 0 1 2 3 8 6 站的沉积速率 1 3 薹 第3 章年代底层框架的建立 8 1 8 0 p 唾t | m m q 妇m ” o s叼 ilo r 1 1 。1 1 6 1 z 岫脚如。 吮c ：匕穹 hhoo r 。r 。r 。1 i j ，i j j ，j nlnn n 一一 o ilii 6 1 。o6 砌 图4 i 1 j l _ j 叩穹匕e _o o 6 。3 co 脚 m d o i 2 3 8 6 站氧碳稳定同位素曲线 图中箭头表示做a m s l 4 c 测年的取样点 1 4 o d 蚺 曲 o i o 呻 。 尊 u c o r n o n n o o 产山)口m1砧u 一一一_ 一： 第4 章碳酸盐的溶解与保存 第4 章碳酸盐的溶解与保存 4 1 碳酸盐溶解旋回及其影响因素 碳酸盐沉积有周期性旋回，是深海沉积的重要特征，而影响沉积物中碳酸 盐含量的因素很多，主要有钙质壳体生产力、碳酸盐溶解作用和陆源物质输入 量控制( t h u n e l le ta 1 ，1 9 9 2 ；w a n ge ta 1 ，1 9 9 5 ) 。一般认为大西洋接受的陆源 物质较多，是一种受陆源稀释作用控制的碳酸盐旋回；太平洋受陆源物质的影 响远远小于大西洋，由于海平面升降等原因，冰期时碳酸盐补偿深度( c c d ) 下降，且洋流增强，使得钙质生物生产率上升，于是碳酸盐含量增加，产生与 大西洋截然相反的趋势，因此属于溶解作用控制的碳酸盐旋回( s e i b o i d b e r g e r ， 1 9 8 2 ) 。两种模式的碳酸盐旋回模式实际上在各大洋中并不是一成不 变的。比如在西太平洋中国南海就有大西洋模式的碳酸盐沉积，也有“太平洋 型 的碳酸盐旋回。碳酸盐的沉积受很多因素影响，因此这一领域的研究颇为 引人关注。 碳酸盐的旋回不仅记录深海沉积，它还反过来影响着大气c 0 2 浓度的变化 ( 刘志飞等，2 0 0 3 ) 。由于c 0 2 是非常重要的温室气体，它在大气中的浓度影响着 全球气温。科学家普遍意识到北半球6 5 度的太阳辐射量并不是造成第四纪冰期 n 冰期旋回的单一原因。大气c 0 2 浓度的变化，可以放大轨道驱动的功能，对 其产生正反馈效应。包括陆地碳储库的变化、海洋温度变化、海洋碳酸钙储库 变化、海洋营养库变化以及高纬度表面海水的营养物质消耗等研究，都能够对 c 0 2 浓度的变化起到一定的影响。而在这诸多研究中，生物泵引起的c 0 2 浓度 变化得n y 特别关注( b r o e c k e rw s ，1 9 8 2 ；a n d e r s o nrf ，2 0 0 2 ) 。 生物泵是通过浮游植物的光合作用固定c 0 2 ，并将碳输送到海洋内部造成碳 暂时或永久储存的复杂过程。生物泵包括两种类型：有机碳泵和碳酸钙泵( j a n s e n 1 5 第4 章碳酸盐的溶解与保存 h ，2 0 0 1 ；e l d e r f i e l dh ，2 0 0 2 ) 。有机碳泵在海水透光带( 最上部1 0 0 - 2 0 0m ) 通过 浮游植物的光合作用吸收溶解的无机碳( 主要包括液态c 0 2 ，h c 0 3 - 和c 0 3 2 - ) 和营养物质( 主要为硫酸盐和硝酸盐) ，生产有机物( 颗粒有机碳，p o c ) ，释 放氧气。碳酸钙泵通过海洋生物形成碳酸盐质骨架和壳体( 颗粒无机碳，p i c ) ， 释放c 0 2 ，p i c 主要以方解石和文石形式存在。因此，有机碳泵和碳酸钙泵对海 水碳酸盐系统的作用有着完全不同的效果。在表层海水中，有机碳泵的作用是 降低p c 0 2 ，而碳酸钙泵却是提高p c 0 2 ；在深水中，有机碳的分解释放c 0 2 ，但 c a c 0 3 的溶解却吸收c 0 2 。 本次工作试就碳酸钙含量，结合浮游有孔虫碎壳率、丰度、粗组分含量、 抗溶种易溶种、f d x 等指标来探讨太平洋深海碳酸盐的变化。 4 2 碳酸盐溶解的冰期问冰期旋回 图5 中显示m d 0 1 2 3 8 6 站5 8k ab p 以来的碎壳率最高不超过2 5 ，表明浮 游有孔虫保存状况良好，对本次浮游有孑l 虫的研究提供了基础。m d 0 1 2 3 8 6 站 位于赤道西太平洋，