印尼海区浮游有孔虫壳体地球化学特征和末次冰期以来印尼穿越流古海洋学记录

摘要

印尼穿越流（Indonesian Throughflow; ITF）作为全球温盐环流——大洋传送带在低纬海区的关键组成部分，是连接西太平洋和印度洋的唯一通道，调节着这两个大洋间热量和淡水的收支平衡，从而ITF在印度洋-太平洋暖池(Indo-Pacific Warm Pool;IPWP)地区乃至全球气候变化中扮演着十分重要的角色。本文以来自印尼海区的62个钻孔顶部沉积物样品和1个柱状沉积物样品中的浮游有孔虫壳体稳定同位素及Mg/Ca比值为基础，对现代（≤5000yr）印尼海区上部水体的海水性质（δ18O和δ13C）、海水盐度对浮游有孔虫壳体Mg/Ca比值的影响、以及末次冰期以来ITF古海洋学记录等进行研究，旨在探讨现代水团分布的控制因素、Mg/Ca温度计在低纬海区的有效性、以及地质历史中ITF对东亚季风和厄尔尼诺——南方涛动(El Ni(n)o/Southern Oscillation; ENSO)等气候现象的响应。此外，本文还利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer; LA-ICP-MS)对浮游有孔虫壳体Mg/Ca比值进行了试探性的研究。　　本文分析了ITF区域62个钻孔顶部沉积物样品中浮游有孔虫Globigerinoides ruber、Globigerinoides sacculifer、Pulleniatina obliquiloculata和Neogloboquedrina dutertrei壳体δ18O和δ13C的平面以及垂直分布，结果显示这四个属种壳体的δ18O和δ13C在望家锡海峡内均相对贫化，通过与现代水文条件进行对比，本文发现其可能与淡水输入有着密切的关系。此外，这些浮游有孔虫属种壳体的δ18O和δ13C在巴厘海区也出现相对贫化，但与望加锡海峡内情况不同的是，该区贫化的δ18O可能是受淡水输入的影响，而贫化的δ13C可能归因于季节性出现的爪哇-苏门答腊上升流。将这些壳体的δ18O与水文数据进行对比，本文发现G.ruber和G.sacculifer在混合层内钙化壳体，水深分别为0-50米和20-75米；相比较，P.obliquiloculata和N.dutertrei在温跃层上部的水体内钙化壳体，水深均介于75米和125米之间，但N.dutertrei的钙化深度平均比P.obliquiloculata的更深一些。总的来说G.ruber和G.sacculifer壳体的δ13C值大于P.obliquiloculata和N.dutertrei，可能是由其不同的钙化深度以及ITF区域营养盐的垂直分布造成的。　　浮游有孔虫Mg/Ca温度计在古海洋学研究中已经成为了一个必不可少的工具。但是最近的一些研究表明，如果海水盐度超过某个临界值，浮游有孔虫壳体的Mg/Ca比值将会受到盐度的影响。这样，利用浮游有孔虫壳体Mg/Ca温度计重建古海水温度的可靠性受到了质疑。通过对来自印尼海区的60个钻孔顶部沉积物样品中浮游有孔虫G.ruber、G.sacculifer、P.obliquiloculata和N.dutertrei壳体的δ18O和Mg/Ca比值进行分析，本文发现研究区内这四个浮游有孔虫属种壳体的Mg/Ca比值不受海水盐度的影响。本文将此次工作中的G.ruber数据与文献记载的全球范围内的G.ruber数据进行整合，结果支持了前人的观点，即：当盐度低于35.5 psu时，G.ruber壳体Mg/Ca比值不受盐度影响。此外，本文还发现浮游有孔虫G.ruber、G.sacculifer、P.obliquiloculata和N.dutertrei壳体Mg/Ca温度也可间接反映其在印尼海区上部200米水体中的栖息深度。G.sacculifer壳体Mg/Ca温度显示其在该区域的栖息深度位于温跃层的最上部，可能指示G.sacculifer对混合层深度的变化更为敏感。因此，G.ruber和G.sacculifer壳体Mg/Ca温度的差值可以作为一个潜在的指标用于指示印尼海区混合层深度的变化。　　望家锡海峡作为ITF传输中途的主要通道，是调查ITF水文变化的一个理想区域，同时也是调查ITF与东亚季风以及ENSO等气候现象之间联系的一个理想场所。通过分析末次冰期以来望家锡海峡南部SO18515孔（东经119.54°，南纬3.63°;水深688米）中浮游有孔虫G.ruber和P.obliquiloculata壳体的δ18O和Mg/Ca比值，并将其与钻取于吕宋沿岸的MD98-2188孔（东经123.49°，北纬14.82°;水深730米）、西太平洋暖池中心的3cBX孔（东经139.6°，北纬8.02°;水深2829米）以及帝汶海区的MD01-2378（东经121.79°，南纬13.08°;水深1783米）孔等钻孔记录进行对比，本文推测在大约12.2 ka到5.5 ka期间ENSO处于类拉尼娜状态，而在大约5.5 ka之后则处于类厄尔尼诺状态。11 ka至6.8 ka期间，西太平洋暖池中心、望家锡海峡南部区域和帝汶海区的钻孔记录中表层海水温度均出现一个最高值的平台，其可能是ENSO活动与北半球夏季太阳辐射量共同作用的结果。吕宋沿岸、望家锡海峡南部区域和帝汶海区的表层海水盐度（sea surface salinity; SSS）与婆罗洲石笋的δ18O变化趋势基本一致，应该表明这三个区域的SSS受一个共同的区域降雨模式的控制。其中SO18515孔和MD01-2378孔的温跃层海水盐度和SSS类似，也与区域降雨量的变化保持一致，可能是受ITF区域内上部水体垂向混合的影响，降雨信号以海水盐度的形式从表层向温跃层传输。11 ka以来，望家锡海峡南部和帝汶海区温跃层海水温度（thermocline temperature; TT)降低、温跃层深度(depth of thermocline; DOT)变浅。经与研究区及临近区域的古海洋和古气候记录进行对比，本文推测尽管11-5.5 ka和5.5 ka以来两个时段TT和DOT变化趋势相同，却可能受控于两个不同的影响机制：11 ka至5.5 ka时段内受类拉尼娜状态下降雨量增加的影响；而5.5 ka以来，一方面可能与频发的类厄尔尼诺事件相关，另一方面也可能受东亚冬季风强化的影响。总体上，MD98-2188、SO18515和MD01-2378等三个钻孔记录中的TT与北半球夏季太阳辐射量的变化步幅基本一致，可能指示其温跃层海水与北太平洋热带水（North Pacific Tropical Water)之间的联系。　　LA-ICP-MS为更详细地探索微量元素在有孔虫方解石壳体中的分布提供了可能，也为有孔虫壳体Mg/Ca比值测试提供了一个新的方法。本文尝试利用LA-ICP-MS技术对擭取自印尼海区的11个钻孔顶部沉积物样品中的多枚G.ruber壳体进行了共173点位的激光剥蚀Mg/Ca比值原位微区和深度分析，发现不同壳体、同一壳体不同房室、以及同一房室不同部位之间，从壳壁外部到内部Mg/Ca比值的差异。随后，将利用LA-ICP-MS获得的Mg/Ca比值与利用常规测试手段所获得的Mg/Ca比值进行了对比，结果显示利用LA-ICP-MS测试浮游有孔虫壳体Mg/Ca比值，其结果具有一定程度的可靠性，该方法也可以避免常规测试复杂的前处理过程和减少化学药品对实验人员健康的危害。

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