中新世中期以来南海北部(ODP1147/48站)古环境演变的生物标志物记录

摘要

南海位于亚洲大陆与热带西太平洋之间，特殊的地理位置使得其对东亚大陆和西太平洋暖池的气候变化具有敏感的响应。另外，南海北部陆坡区具有自早中新世以来的高分辨率的连续沉积，这为利用南海沉积记录认识中新世以来热带西太平洋和亚洲大陆区域性气候变化提供了材料。近30年来，利用有机生物标志物重建古气候记录的方法得到快速发展，并被广泛应用于古海洋学研究中;但其在南海百万年时间尺度上古气候记录重建中的应用还较少。本研究中，我们选取位于南海北部深水陆坡区的ODP1147站和1148站沉积样品拼接出自中新世中期(13.35 Ma)以来的连续沉积记录（记为ODP1147/48站），并对其进行生物标志物分析。重建了自晚上新世(0-2.79 Ma)以来南海北部表层（UK'37）和次表层(TEX86)海水的温度记录，以及中新世中期(0-13.35 Ma)以来颗石藻生产力、长链正构烷烃堆积速率和陆地植被类型变化的记录。主要探讨了自晚上新世以来南海北部上层水体温度与东亚冬季风之间的关系，以及中新世中期以来南海北部大陆植被类型对全球气候变化的响应。 自2.79 Ma以来，南海北部表层海水温度(SST，Sea Surface Temperature)记录与全球其它热带海区的SST记录有相似的长期降温趋势以及冰期-间冰期旋回变化，这说明南海气候变化具全球气候变化的统一规律。南海以及其它热带海区SST记录中400 kyr周期的出现，说明热带海区太阳辐射量在地球气候变化中应该扮演着重要角色。南海次表层海水温度具有与表层海水温度相似的冰期-间冰期旋回规律，以及相似的地球轨道驱动周期（41 kyr和100 kyr）分布;但其长期变化趋势却与全球高纬度冰量及底层海水温度记录（用底栖有孔虫壳体δ18Ob表征）相似。这表明高纬度气候信号是南海次表层海水温度变化的主控因素。西太平洋暖池中心以及南北边缘处的表层海水温度记录表明，西太平洋暖池在1.40 Ma至0.90 Ma期间发生整体南移，而南海北部上层水体结构在该阶段相对稳定;进入晚更新世以后，西太平洋暖池南部和北部边缘的位置趋于稳定，而南海北部温跃层深度在0.90-0.70 Ma期间变浅。南海北部表层和次表层海水温度的差值记录了东亚冬季风演变的信息。ODP1147/48站上层水体温度差异表明东亚冬季风在2.20-2.10 Ma期间增强，这与该时期西太平洋暖池北部边缘的南移相吻合。另外，东亚冬季风记录中的400 kyr周期主要出现在早-中更新世阶段，被认为来源于该阶段ENSO(El Ni(n)o-Southern Oscillation)气候态对东亚冬季风的影响。而在晚更新世，北半球高纬度冰盖的进一步扩张和ENSO气候态冷相的增强，造成了该阶段东亚冬季风强度的增加。 从晚上新世开始，伴随着地球气候的逐渐变冷，颗石藻生产力水平由上新世的低值逐渐增加至晚更新世的高值。东亚冬季风强度自晚上新世以来的逐步增加可以为南海北部真光层带来更多的营养盐，这应该是造成颗石藻生产力在该阶段增加的主要原因。南海北部长链正构烷烃主要来源于陆地高等植被，其堆积速率在中新世和上新世较低、在更新世较高。正构烷烃参数以及陆地风化指数的记录表明:在约8.00 Ma之前，降水的增加有利于南海北部大陆木本植物的生长;而在8.00 Ma之后，降水与植被类型变化的对应关系发生反转。这说明南海北部大陆植被类型变化的受控因素在8.00 Ma左右发生转变。全球C4植物在6.00-8.00Ma期间随着大气CO2浓度的降低而扩张，但南海北部大陆植被类型中草本植物的比例在上新世与更新世时期的变化趋势与全球植被类型的变化规律不一致;这表明南海北部大陆植被类型变化的受控机制具有区域性特征—比如东亚季风的影响。在更新世阶段，南海北部陆源烷烃堆积速率呈现为显著的冰期高、间冰期低的变化规律;南海北部海平面在第四纪经历频繁的升降变化，由此所引起的沉积站位与植被源区之间距离的改变，是控制该站位陆源烷烃堆积速率变化的主要因素。另外，正构烷烃参数的记录表明:冰期时草本植物比例增加，间冰期木本植物比例增加。这与南海北部的孢粉记录一致，而与黄土高原的植被变化记录相反。表明南海北部大陆植被类型的冰期-间冰期变化与黄土高原植被类型变化的受控机制不同。

目录

声明

摘要

0 符号缩写及名词界定

第1章 引言

1．1 研究背景

1．2 论文工作概况

1．3 论文框架

1．4 论文创新点

第2章 南海概况综述

2．1 南海地形及沉积特征

2．2 季风

2．3 表层环流及水体交换

2．4 南海表层海水温度及盐度分布

2．4．1 温度

2．4．2 盐度

2．5 表层水体结构—混合层及温度跃层

2．6 南海营养盐及初级生产力水平

2．6．1 营养盐水平及控制因素

2．6．2 初级生产力

2．7 ENSO与南海SST

第3章 生物标志物及指标介绍

3．1 UK'37指标

3．2 TEX86古温度指标

3．2．1 TEX86指标的提出及验证

3．2．2 TEX86指标的影响因素

3．3 C37烯酮

3．4 长链正构烷烃

3．5 b-GDGT与BIT指标

第4章 研究材料与方法

4．1 取样基本信息介绍

4．2 仪器设备型号

4．3 有机地化指标分析

4．3．1 烯酮及烷烃类前处理过程

4．3．2 GDGT前处理过程

4．3．3 仪器分析

4．4 预处理过程中萃取及分离方法的对比试验

4．4．1 实验方案设计

4．4．2 方法对比实验结果

第5章 过去356 kyr南海北部上层水体温度记录及其对东亚冬季风的响应

5．1 ODP 1147站UK'37温度与TEX86温度记录比较

5．2 探讨造成UK'37和TEX86重建温度记录差异的可能因素

5．2．1 母源生物生长季节性的差异

5．2．2 经验公式的差异

5．2．3 两指标指示不同深度的水体温度

5．3 定义次表层概念

5．4 ODP 1147站表层与次表层温度差值的指示意义

5．5 本章小结

第6章 南海北部中新世以来重建温度记录可信度的讨论

6．1 Uk'37温度记录

6．1．1 UK'37温度记录可信度的讨论

6．1．2 晚上新世以来Uk'37 SST记录(0-2．79 Ma)

6．2 中新世中期以来TEX86温度记录(0-13．35 Ma)

6．2．1 TEX86温度记录

6．2．2 TEX86温度记录合理性的讨论

6．2．3 晚上新世以来TEX86温度记录(0-2．79 Ma)

6．3 本章小结

第7章 晚上新世以来南海北部上层水体温度对全球气候的响应(0-2．79 Ma)

7．1 南海表层和次表层海水温度记录(0-2．79 Ma)

7．2 中更新世转变(MPT：mid-Pleistocene transition)

7．3 与周边温度记录的对比—更新世西太平洋暖池的变化

7．4 热带海区表层和次表层海水温度对eccentricity响应的差异

7．5 本章小结

第8章 晚上新世以来东亚冬季风演变的受控机制

8．1 晚上新世以来东亚冬季风演变

8．2 南海上层水体温度对东亚冬季风的响应

8．3 冬季风指标的比较

8．4 ENSO气候态记录与东亚冬季风演变机制

8．5 本章小结

第9章 中新世中期以来颗石藻生产力记录

9．1 颗石藻在气候变化中的作用

9．2 C37烯酮含量和堆积速率

9．2．1 中新世中期以来烯酮含量和堆积速率记录(0-13．35 Ma)

9．2．2 晚上新世以来C37烯酮堆积速率的变化(0-2．80 Ma)

9．3 C37烯酮堆积速率的决定因素—产生量和保存效率

9．3．1 C37烯酮保存效率的影响

9．3．2 颗石藻生产力的变化及控制机制

9．4 颗石藻在上新世以来气候变冷过程中的作用

9．5 本章小结

第10章 中新世中期以来陆源生物标志物记录

10．1 中新世中期以来陆源烷烃记录

10．1．1 烷烃含量及堆积速率

10．1．2 长链正构烷烃参数

10．1．3 CPI指标的影响因素讨论

10．1．4 ACL的影响因素

10．1．5 中新世中期以来南亚大陆植物类型对气候变化的响应

10．2 晚上新世以来正构烷烃记录(0-2．80 Ma)

10．2．1 堆积速率变化

10．2．2 冰期旋回中陆源烷烃堆积速率的控制因素

10．2．3 晚中新世以来陆源烷烃参数记录

10．3 本章小结

第11章 结论

参考文献

附录

致谢

个人简历

发表的学术论文