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《华东师范大学》 2011年
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长江口沉积物记录的全新世沉积环境和东亚夏季风演变研究

张瑞虎  
【摘要】:季风是全球气候系统中重要的行星尺度系统,因其大幅度的季节和年际变动经常导致生活在其中的约占全球人口一半以上的国家遭受干旱洪涝灾害而一直受到众多学者和政府组织的科学关注。在更长的时间尺度上,季风变动仍然是气候变迁的重要组成部分。因此深入研究季风活动的规律、影响、成因机制以及预测预报,对人类的生存与发展而言具有极其重要的现实意义。 全新世是地质历史上崭新的一页,是第四纪中最近一次气候转暖、冰川消融期。在全新世非常短暂的地质历史上,冷暖十湿的气候波动变化,对人类的生存和发展产生了深远的影响。作为未来地区和全球环境变化的相似型,全新世气候波动是全球变化区域响应研究课题的重要内容。 长江三角洲处于世界上典型的季风气候区,深受东亚季风的控制和影响,全新世以来气候和海平面变化以及由此引起的多种自然灾害对人类生存和发展影响巨大。长江河口地处中纬度的海陆交互地带,是一个独特的沉积环境,对海陆变化的反映十分敏感,接纳来自陆地和海洋的沉积物,沉积速率较高,形成较厚的沉积层,沉积物中包含非常丰富的季风演化信息,是古环境研究的重要目标。但是由于受到科研经费、测试技术、海上作业相对困难、长钻孔相对匮乏、海区三角洲现有的测年数据大部分不甚理想等客观因素的制约,海区三角洲的研究程度远低于陆区三角洲,也造成了二者对比的困难;同时浅海区沉积环境复杂多变,海陆相互作用强烈,影响因素众多,地层不连续,环境演变的产物还存在多解性,要从众多古环境信息中提取季风演化的信息还存在相当大的难度。 位于长江口水下三角洲的HYZK5孔具有柱样长、沉积速率高、沉积相连续完整、与相邻的陆上三角洲钻孔可比性强等特点,尤其具有早—中全新世沉积地层较厚且沉积连续等特点,是恢复本区全新世沉积环境和气候演变的良好地质体。本文旨在通过HYZK5孔的样品分析,根据长江口沉积物的物源、沉积环境、岩性、粒度、磁化率、有孔虫丰度、地球化学元素、有机碳同位素等代用指标信息,从中寻找适宜的环境和气候代用指标,探讨全新世沉积环境和气候演化在长江口沉积物的地质记录,恢复和重建长江口全新世以来气候的演变历史、受控因素,为预测未来环境可能发生的变化及其对社会可持续发展、经济建设和国家规划的可能影响提供参考。 通过综合研究,得出以下几点结论和认识: 1.HYZK5孔C层Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个亚层粘土平均含量由下向上依次减少,下部Ⅰ亚层粘土含量高于其上部的Ⅱ、Ⅲ两个亚层,TOC、TN含量相应值也最高。Ⅱ业层粘土含量高于Ⅲ亚层,但TOC、TN含量却低于Ⅲ亚层。结果表明沉积物中有机碳氮含量的多少除与粘土含量有关外,可能还受有机碳氮的来源、分解速率和保存条件等多种因素的复杂影响。 2.长江口水下三角洲近60m长的HYZK5钻孔,揭示了末次冰期以来经历了河流相、滨海湖沼相、河口湾—浅海相(前三角洲相)和水下汊道相的沉积环境演化。其中的全新世早期地层,不仅地层厚度大,而且地层连续完整、岩性均;而相邻的陆上三角洲沉积物大多缺失全新世早期沉积物。因此HYZK5孔是研究长江三角洲地区全新世以来的古气候古环境演变不可多得的良好材料,具有十分重要的意义。全新世以来的沉积物,经历了河口湾-浅海相(前三角洲相)—水下汊道相的沉积环境演变。根据岩性、粒度、磁化率、有孔虫丰度变化特征,其中沉积层相对稳定连续的全新世河口湾—浅海相可以进一步细分为早期受海侵影响的河口湾滨岸环境、中期较为稳定的浅海沉积环境和晚期水动力较强的动荡浅海沉积环境。 3. A-CN-K图解反映了HYZK5孔沉积物在化学风化之初的源岩具有相同的化学组成特征;Ti和Ti/Zr的均值,与长江沉积物非常接近,因此长江口HYZK5孔的沉积物可能主要来自于长江带来的泥沙。HYZk5孔沉积物元素R型因子分析结果表明,其元素来源和组成主要受源岩、粒度和海洋生物等因素的控制。根据R型聚类分析的距离远近关系,其元素可以分为三大类,与根据元素之间的相关系数所作的分类结果完全吻合。 4.河口地区沉积环境复杂,稳定同位素613C的变化不仅受气候波动的影响,还与因海平面变化引起的物源变化有关。本文研究结果表明613C和气候之间的联系可能并不适用于沉积环境复杂的河口地区。HYZK5孔C层沉积环境相对稳定,粘土质粉砂沉积物的主要来源是长江径流所带来的泥沙。相对而言,HYZK5孔C层沉积物中的K/Na、Al/Na、CIA等无机地化元素指标比稳定同位素δ13C更能反映河口地区的气候波动。 5.长江口水下三角洲HYZK5孔沉积物记录揭示了全新世以来夏季风的演化过程经历了四个阶段:1)全新世早期东亚夏季风开始逐渐增强,气温快速上升;2)中全新世的早期和中期东亚夏季风最为强盛,气候暖湿并且较为稳定;3)中全新世晚期东亚夏季风明显衰退,气候冷干;4)全新世晚期,东亚夏季风相对增强,气候温湿。全新世早期和晚期气候很不稳定,变幅较大且比较频繁,而在全新世中期气候最为暖湿且比较稳定。另外在全新世气候演化过程中,至少在孔深51.6m、45.4m、39-41m、38m、22-17.3m、13.5m处存在6次明显的降温变干事件。 6. HYZK5孔全新世以来古气候环境的演变过程与中国东部地区的相似性,反映了长江口地区与同处于我国东部季风区的古气候演化有一定的可比性,但具有明显的区域特征。HYZK5孔早全新世气候的快速变暖趋势,其原因可能是太阳辐射变化对低纬度地区的直接驱动作用;全新世气候适宜期滞后于北半球夏季太阳辐射峰值出现的时间,其原因可能来自两个方面:一是早全新世时,北半球冰盖对季风强度变化起主控作用,而在北半球冰盖消融后的中、晚全新世,太阳辐射变化才起主导作用:二是海洋的缓冲作用。因此,由太阳辐射量变化所驱动的低纬地区海洋-大气-陆地之间的气候耦合系统的变化是导致HYZK5孔全新世夏季风发生显著变化的主要原因,全球冰量变化的真正驱动因素还是太阳辐射,但全球冰量变化对全新世夏季风强度的变化具有贡献作用。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P736.21

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