建立赤道东太平洋0-15Ma以来底栖有孔虫中d18O的连续记录

1、赤道东太平洋015Ma以来底栖有孔虫的18O 连续记录殷雅倩：吴舟扬1，邓伟1(1.同济大学海洋与地球科学学院，上海市，200092)摘要：本文以IODP321航次中的U1337站位中的底栖有孔虫 C.wullerstorfi为研究对象，利用氧的同位素分馏机理，对底栖有孔虫中的氧同位素含量进行研究，建立了0-15Ma长时间尺度上18O连续记录，并将所得数据-深度曲线与Lorraine E.Lisiecki建立的LR04 stack底栖有孔虫18O记录(2005)进行比对，标出了 5Ma以来的氧同位素期次。在此基础上利用Analyseries 软件的Linage功能对数据进行线性插值，建 立了

2、5Ma以来的年龄框架。文章最后简要分析了15Ma以来冰盖大小以及气温的变化。关键词：海洋地质年龄框架氧同位素底栖有孔虫The continuous 18O record of benthonic foraminifera forthe past 15 million years in the equatorial eastern pacificYIN Yaqian WU Zhouyang 1, DENG Wei1(1. School of Ocean and Earth Scienee. Tongji University, Shanghai, 200092)Abstract : This p

3、aper uses the benthonic foraminifera C.wullerstorfi in Site U1337, IODP 321 as the object of study. By researchi ng the content of isotopic oxyge n in the benthonic forami ni fera with18isotope fractionation mechanism of Oxygen, a long continuous record of O has been built. Comparing the data-depth

4、curve with the LR04 stack curve built by Lorraine E.Lisiecki(2005), we can mark the oxyge n isotope stage for the last 5Ma. Bas ing on that, we can use the Lin age fun cti on in Analyseries to give it linear interpolation and build the age frame for the past 5Ma. In the end of this paper, we simply

5、in troduce the cha nge of the ice sheet and global temperature.Key word : marine geology; age frame; oxygen isotope; benthonic foraminifera基金项目：同济大学SITP作者简介：殷雅倩（1994-），女，本科生，古气候通信联系人：田军，教授，古海洋与古气候，tianjun1引言自从挑战者号科考船在墨西哥湾打下深海钻探计划（DSDP的第一口井之后，人类就从深海岩芯中获取到了大量的有关地球历史的信息。由于深海岩芯沉积速度较为稳定， 且其中包含的生物标志信息十分丰富

6、，所以极为适合用来进行高分辨率的古气候研究。近年来，因为太平洋具有较高的碳酸盐溶解度以及较低的沉积速率，古海洋学家大多将注意力集中在对大西洋的研究上。然而太平洋作为世界上最大、发育最成熟的大洋，它与大气圈的交互作用相较于大西洋更为复杂，所以理应在全球气候变化中起到更为关键的作用。本次试验所取得的岩芯为国际大洋钻探计划（IODP 321航次在U1337站获得，合成深度约为200米，底部所对应的年龄约为15.6Ma。现有的氧同位素记录都是短时间尺度的，或者是由不连续的几段曲线叠加而成，本文旨在建立过去的0-15Ma赤道东太平洋的底栖有孔虫中的18o连续记录，这样长的时间序列在全世界都是独一无二的，

7、对于后续的研究，包 括对现有的氧同位素序列校正，都具有极其重要的意义。2材料与方法2.1站位选择与材料国际大洋钻探计划 321航次与之前的320航次，一共在赤道东太平洋钻了 8个钻位，其 中U1337站钻去了 4个钻孔，分为 A B C、D四个钻孔，本文选取的是 U1337站位的A、B 两孔。1337站位于北纬3 ° 50.009 '，西经123 ° 12.352 '，水深4463米，如图1所示。isowi 啣cr130uuserTier|km）图1 1337站位指示图（Fig.1 ）晚渐新世末期到中中新世是U1337站位的钻探目的是研究早中中新世的古海洋学

8、事件。相比于晚始新世更暖一些，但是其同位素记录波动更大，可能指示着更大的气候及全球冰量 变化。本文选取的 A B两孔的合成深度为 201m采样间距为10cm,时间分辨率约为 5500年 6000年。在相同的深度上，同一样品中还测试了碳酸钙的百分含量、蛋白石的百分含量以 及有孔虫属种的组合分析。本文作者主要从事有孔虫壳体的稳定氧碳同位素分析。22有孔虫的稳定同位素分析众所周知，深海沉积物稳定氧碳同位素分析的主要理论基础是同位素的分馏机制，即在赤道附近，水汽蒸发上升，其中较轻的16o先蒸发出去，较重的18O后蒸发出去。在水汽从赤 道向两极运移时，随着降雨，较重的 18o又不断的先沉降下去。因此，在

9、海水中，18o较为富集，而极地的冰盖中则会富集较多的 16Q如图2。随降雨过程而富集160图2氧同位素的分馏机理示意图（Fig.2）本文所选取的底栖有孔虫C.wullerstorfi为钙质壳体，且其在生命过程中，壳体中的18o与160的含量比值与周围海水保持一致，并且会随着海水成分的变化发生敏锐的响应。因此，测试底栖有孔虫中的18o/16O值，就可以得出海水成分的变化，进而推算出冰量变化和全球气温的变化。在实验中，通常采用180值，将实验室测得的18o/160值与标准海水中的18o/16o值进行比较，得到可以反映全球气温变化的18O值：18 18 1618 1618 16 0=( 0/ 0)样

10、品-(0/ 0)标准/ (0/ 0)标准180值重，则冰量较大，气温较低；180值轻，则冰量较少，气温较高。采于U1337站上部合成深度201米共2018个样品都用来测试底栖有孔虫的稳定氧、碳湿样先置于烘同位素。样品的准备与测试均在上海同济大学海洋地质国家重点实验室进行。箱中在60C下烘烤12个小时，取出后在自来水中浸泡一至两天，再用63 ym的筛子冲洗，然后将冲洗好的湿样重新置于烘箱中在60C下烘干，最后将烘干的样品筛选出大于154卩m的组分进行挑样工作。选取底栖有孔虫属种Cibicidoides wullerstorfi(图3)用于稳定同位素测试，挑选直径在0.3-0.9mm范围内的较为完

11、整的个体，每个测试点约需要2-8个C. wullerstorfi进行测试。1图 3 Cibicidoides wullerstorfi(Fig.3 )测试前需进行洗样，先将挑选出的有孔虫个体用浓度大于99.7%的酒精在频率为40KHZ的超声波中洗涤三次，每次持续时间5-10秒。洗涤完毕，在60C的烘箱中干燥5小时之后转移到Finnigan自动碳酸钙制样装置中(Kiel川型)，与原磷酸在70 C下反应产生二氧化 碳，之后将收集的二氧化碳气体转移到Finnigan MAT252型稳定同位素质谱仪中测定氧碳同位素的比值。精度标准参照中国国家碳酸钙标准(GBW04405和国际标准(NBS19。最后,遵

12、循国际NBS19和NBS18标准将实验室测定的氧碳同位素值转换为国际Pee Dee Belem nite(PDB标准。2.3时间序列的数学分析方法时间序列值古气候的替代性指标相对于地质年代的变化，比如1337站底栖有孔虫C.wullerstorfi 的180记录随时间的变化。时间序列分析的主要目的是研究气候变化的周期性。2首先依靠各种定年技术确定时间序列上的年龄控制点，然后在各年龄控制点之间采用线性内插法将时间序列相对于沉积深度的变化转化为相对于地质年代的变化。本文中所采用的数字滤波是时间序列分析中较常采用的方法，它用作反应时间序列在单一周期（或周期域）上的变化规律。通常使用的是带宽滤波，即时

13、间序列在一定的周期范围之内的变化，参数包括中心频率和带宽。通常先用频谱分析判定某个时间序列具有较强的周 期。在谱分析图上，被选定的谱峰的中心点所对应的X轴上的频率即为中心频率，谱峰对应的宽度确定带宽3。滤波分析采用“ ANALYSERIES软件。3结果与讨论3.118O-沉积深度的关系图本文所取的合成深度为 201m,对应的年龄长度为 15.6Ma。从实验得出的18O-depth关 系图中，可以看到许多锯齿状的峰，这些峰指示的是较轻的18o值,对应的是较为温暖的时期，冰量较少；反之，18o值较重的谷处就对应较为寒冷的时期，冰量较多。5而冷暖交替的变化并无较明显的规律，而由于分辨率相对较低，千年

14、尺度和轨道周期的变化也无法直接以来，全球气候长期处于不断变冷的阶段。3.2 0-5Ma 年龄框架要建立年龄框架，首先要确定地磁控制点，本文选用的是最新的13个地磁控制点，如图5所示。之后就可以将1337站位的180-深度曲线经过线性插值后，与LR04曲线进行比对（图6）。可以发现，本文的年龄框架与LR04曲线趋势基本一致。6然而对比之后不难发现，1337站位的曲线与 LR04的曲线在数值上仍有一定的差异，0.5的偏差对于本文的数据来说还是较大的，究竟是何原因还需进行进一步的研究。图5用 个地磁控制点建立年龄框架，红色为LR04，绿色为U1337（ Fig.5）_SJc;七卄；.奶:;亠抑：U1

15、J37图6 U的记录与LR 进行对比（Fig.6 ）c3I jL| 左 亡.5r 2.3.a.”4.4D.致谢创新项目能够顺利结题，首先要感谢我的指导老师田军教授，提供这样一个研究和学习的机会，让我接触和了解古海洋学研究并亲身参与进去，他的悉心指导也让我获益良多。感谢同组的吴舟杨和邓伟，在完成创新项目的这一年中，大家一起努力、进步，并且从分样、 挑样、数据分析、画图到最后文章的撰写，都是大家共同协力完成的，我从他们身上也学到了很多。可以说没有二位同学的帮助和付出，我们小组很可能无法完成本次研究。最后，我要感谢父母和朋友，你们的关心和支持，在任何时候都是对我莫大的激励与肯定。参考文献1 HOLB

16、OURN A, HENDERSON AS, MACLEOD N,Atlas of Benthic ForaminiferaM, Natural History Museum, 20132 田军，南海ODP1143站有孔虫稳定同位素揭示的上新世至更新世气候变化D，上海：同济大学，2002年TIAN J, Plio-Pleistoce ne Climate Variatio ns in Forami niferal Stable Isotope Records at ODP Site1143, South China SeaD, Sha nghai: Tongji uni versity, 20023 GUO Z T, HAO Q Z, RUDDIMAN W, et al, 22-Ma eolia n deposits in Ch in a a nd Ion g-termclimate cha ngesJ, CHINESE JOURNAL OF GEOCHEMISTRY ,2006,Vol254 PAILLARD D, L LABEYRIE, P YIOU, Maci ntosh program performs time series an alysisJ,Eas Trans, 1996,A