西太平洋暖池北部15万年以来的古海洋学研究

【摘要】：IMAGE计划MD155航次MD06-3052孔（14°48.6042'N,123°29.3983'E,水深732m）位于西太平洋暖池的北部边缘，吕宋岛岸外北赤道流分叉处附近，为我们探讨西太平洋暖池边缘晚更新世以来的古海洋环境变化提供了材料，同时也为与高纬气候记录对比奠定了基础。MD06-3052岩芯柱长19.48m，有数层浊流沉积层。通过AMS14C定年点和与LR04标准曲线对比，建立了MD06-3052孔的氧同位素地层框架。MD06-3052孔19.48m岩芯涵盖至氧同位素MIS6期晚期，底部年龄约为15万年，样品平均分辨率为～300年。 基于有孔虫氧同位素、Mg/Ca的结果显示，倒数第二个冰消期以及末次间冰期MD06-3052孔表层海水温度变化领先于氧同位素代表的北半球冰盖变化约2-3kyr，与东太平洋、南大洋、暖池核心区的古海洋记录一致。另外，表层海水温度呈现出与南极大气温度记录相似的变化趋势，进一步证明了低纬海区与南半球高纬的紧密联系，而这一联系的驱动的机制目前多有争议，其中较流行的解释有两种：一种是类ENSO式的海气传播模式，另一种是温室气体对全球变化的驱动作用，而我们的记录并不支持二氧化碳驱动的结果。 15万年以来MD06-3052孔中共识别出6次碳同位素的低值事件，除倒数第二次冰消期与岁差低值有相位差以外，其余均与岁差低值都有很好的对应。幅度较大的3次低值事件发生于冷期/暖期的过渡期（MIS6/5、MIS4/3、MIS2/1），其中末次冰消期的碳同位素记录受到浊流的侵蚀作用，有部分缺失。表层种的碳同位素15万年以来显示逐渐变重的趋势，是碳同位素长周期的表现，即以50万年为周期的碳同位素重值事件的后半部分。另外，表层种低值事件的发生时间要领先于次表层种，指示了影响表层和次表层的因素以及传播机制的不同。 浮游有孔虫表层和次表层种的碳同位素差值指示了15万年以来西太平洋暖池北部营养跃层的变化趋势，冰期时碳同位素差值小，指示上层水体的混合加强，表层生产力提高；间冰期时碳同位素差值大，指示上层水体混合减弱，成层化作用加强，表层生产力降低；每个冰消期（MIS6/5、MIS4/3、MIS2/1）均显示出碳同位素差值逐渐增大的趋势，说明冰消期上层水体混合作用开始减弱，营养跃层逐渐变深。碳同位素差值的变化与南极二氧化碳记录极为一致，与邻近的苏禄海、棉兰老海的表层生产力记录也较一致。 表层海水的剩余氧同位素记录与当地夏季太阳辐射量的趋势一致，然而与其他海区的记录不同的是，MD06-3052孔表层海水剩余氧同位素高值（即表层盐度高值）对应了当地夏季太阳辐射量的高值，两者的低值对应也较一致。由于剩余氧同位素已去除了全球冰体积变化效应和温度效应，反映的是区域表层水文条件的变化（河流注入、降雨等），而研究区并没有河流注入的证据，据此我们推测，由当地夏季太阳辐射量增高引起的蒸发—降雨量的变高是表层海水盐度周期性增高的主控因素。 次表层水的剩余氧同位素记录（指示剩余盐度）最大的特征是终止期II和末次间冰期直至末次冰期的初始期，呈现出增加-极大值-逐渐减小的趋势，并且是15万年以来的极大值时期。根据研究区的水文特征推测，次表层剩余氧同位素反映的是区域水文条件即次表层水团的变化，我们推测这一水团即是形成于副热带高压的北太平洋热带表层水，其源区强烈而显著的蒸发作用远远大过降雨作用，因此造成该水团具有高盐度的特征并下潜到热带的次表层水中。这一时期对应15万年以来北半球夏季太阳辐射量的最高值，因此源区极大的蒸发量造成了该水团极高的盐度，并由北赤道流将这一信号传递到MD06-3052孔的次表层水体中。 15万年以来表层和次表层温度差值反映的水体结构变化与表层海水剩余盐度的对应，反映了ENSO式的气候旋回，即表层剩余氧同位素的高值（剩余盐度高）对应着温跃层的变浅，类似于现代的El Ni o状态；两个指标的低值对应也较一致。因此我们推断，热带西太暖池北部气候变化不仅具有千年尺度ENSO式的变化特征，也具有轨道尺度（岁差周期）的变化。另外，末次间冰期，表层和次表层的温度差值反映的温跃层的变浅至变深的过程，与黑潮源区的记录一致，应是与ENSO过程通过改变北赤道流分叉点的南北位移而控制黑潮强弱的结果。