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冲绳海槽晚更新世以来古海洋环境演化的若干特征

曹奇原  
【摘要】: 本文采用取自冲绳海槽59个站位的表层沉积物样品和4个柱状岩芯,通过微体古生物化石-钙质超微化石和底栖有孔虫的统计分析结果,结合氧δ18O同位素测试和AMS14C测年数据,探讨了冲绳海槽区域晚更新世近4万年来的表层海水古环境和深层水体演化的主要特征。 现代颗石藻类的分布经证明与海洋环境温度、盐度和表层海水结构性质等特征存在极为密切的关系,为了有效地提取对应化石门类—钙质超微化石蕴含的古海洋环境信息,选取位于冲绳海槽北部和中南部的表层沉积物样品进行了相应的分析和研究。钙质超微化石优势种类型以及主要属种百分含量变化都表明,海槽区钙质超微化石组合面貌与东海外陆架相似,属于北太平洋中央水团组合。但暖水分子Umbellosphaera irregularis、U. tenuis等的含量较高而冷水分子G. caribbeanica等的含量较低,反映受黑潮暖流的强烈影响。北部和中南部两个研究区属种百分含量的差异主要表现在Florisphaera profunda上,这一方面是水深及相应碳酸盐溶解作用强弱变化的结果,黑潮暖流影响的区域性差异也是不容忽视的因素。另外1700米左右钙质超微化石组合优势种和各种分异度指数的变化,也为海槽区碳酸盐溶跃面较浅提供了可靠的证据。 现代海洋学的进展推动了古海洋学对于上层海水垂向结构演变历史的研究。冲绳海槽南北3个沉积物柱状岩芯的记录一致表明,钙质超微化石深层水种F. profunda的相对含量是研究历史时期中上层海水营养跃层和透光带等垂向结构变化的可靠标志。在海槽中南部该种含量全新世以来明显升高,与浮游有孔虫黑潮标志种P. obliquiloculata的变化相似,表明晚第四纪冰期旋回中伴随着黑潮的盛衰,海槽上层海水结构发生过重大变化。在10.9 ka.BP前后,钙质超微化石抗溶耐寒种类Calcidiscus leptoporus出现岩芯中的最高值,与之对应暖水种Umbellosphaera spp.、Helicosphaera spp.等则相应降低,与浮游有孔虫推断的表层古水温变化记录相对应,该事件发生的时间与与中国边缘海区广泛记录的Younger Dryas降温事件一致。另外,在5.7和3.4 ka.BP前后喜养种G. oceanica的含量记录了两个明显的高峰,而F. profunda相应减少,表明陆源碎屑、营养物质供应量的增加和上层海水浊度的升高,因此可能反映两次冲淡水事件;在2 ka.BP附近冷水种G. caribbeanica出现了较高的含量,并与P. obliquiloculata的最低值相对应,冬季海水古温度也记录了大约3℃的一次降温现象,表明一次区域性降温事件的发生。 海槽北部保存的钙质超微化石组合中以G. oceanica与E. huxleyi两个种的变化更具规律性,F. profunda的含量相对较低。DOC-24孔中G. oceanica与E. huxleyi的变化呈现明显的负相关性;2~3ka.BP、5~6ka.BP均出现G. oceanica的高值和E. huxleyi低值,其间冷水种G. caribbeanica含量升高,F. profunda则不同程度减少,表明全新世中晚期可能有降温事件的发 WP=7 生,同时冲淡水影响明显加剧。DOC-42孔的分辨率相对较低,但在不同时期也存在F. profunda和G. oceanica的相反变化,与黑潮暖流以及冲淡水影响的强弱变化相对应。总的说来,钙质超微化石作为重要的微体化石门类,可以提供有关表层海水结构、黑潮变迁、冲淡水影响以及不同时间尺度气候变化等多方面的环境、气候演化信息。 海槽中部DGKS96-03孔的研究结果表明,可以用底栖有孔虫追溯深层水团演化的历史。该孔的记录表明晚更新世约44 ka.BP以来底层水团的性质发生过较大变化:末次间冰期—末次盛冰期约41.4~15.6 ka.BP期间底栖有孔虫群落以Uvigerina spp.和Bulimina spp.组合为代表,表明底栖有孔虫群落主要受高有机质通量的控制,与该时期内陆源碎屑物质输入和营养物质供应增强相对应;冰消期末期以来和41.7 ka.BP之前则以Cassidulina spp.组合为代表,反映了不同的深层水生态环境;Globocassidulina、Bolivina、Trifarina、Pullenia和Cibicidoides等特征属种的变化表明,伴随冰消期陆源营养物质的减少和表层生产力的下降,底层水体也可具有相对较高的有机质含量,进一步证实了前人的研究结果—即冰消期海槽区海水流通状况曾发生改变。 末次间冰期末期-末次盛冰期约27.9~14.1 ka.BP期间,出现较多胶结质有孔虫的异地埋藏种类,35.3 ka.BP~27.3 ka.BP之间还出现了一个典型的异地埋藏群落反映了后期搬运等沉积过程影响的增强。末次间冰期约35.3 ka.BP~27.3 ka.BP之间以Florilus spp.组合为代表,主要成分Florilus atlanticus、F. decorus和B. exilis在东海主要出现于内陆架,代表一个异地埋藏群落,与高沉积速率相对应,表明岩芯所在位置可能有较大规模的浊流发生; 根据Corliss的双因子模型对DGKS96-03孔的底层水体盐度等环境指标变化进行了相应的分析,根据得出的两个主因子CF1和CF2的变化,推断海槽中部底层水的盐度自末次间冰期近44 ka.BP以来逐步降低,一直持续到冰盛期约18 ka.BP前后,至全新世中期约6.8 ka.BP左右达到最高点,可能与黑潮深层水影响的加剧相关。火山活动以及气候波动事件的影响可以造成深部水体盐度、含氧量的异常变化,而陆源物质入海量增加带来的大量有机物质,则可能是影响深层水生态环境的一种


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