近200年来东海内陆架沉积层序高频波动模式及其对多尺度气候振荡的响应

【摘要】IODP计划（2013~2023）中的第一个科学主题中明确指出：海底的沉积物岩芯提供了过去气候变化的记录，能够在空间和时间尺度上更好理解地球系统演变过程，地质记录能够帮助我们检验预测未来气候模型的准确性。东海是东亚季风、西太平洋边界流共同影响下的海域，接受来自长江、黄河以及众多中小型河流的大量陆源物质输入，具有很高的沉积速率，使得该处成为开展高分辨沉积记录及其对多尺度气候变化响应研究的重要选区。本研究以东海内陆架闽浙沿岸泥质沉积区为研究对象，开展了沉积学和地球化学的超高分辨沉积记录的综合研究，揭示了泥质沉积记录中存在的高频振荡现象和隐形沉积“年纹”，利用沉积纹层进行精细的年代标定，建立了该区域近200年来的超高分辨沉积记录模式，并与东亚季风、ENSO与PDO指数进行耦合研究，探讨沉积层序中的高频波动对年际、年代际气候振荡的响应机制。该研究结果将为东亚季风影响下的陆架区超高分辨沉积记录研究提供新的途径，并为客观评价东海内陆架海洋环境演变中的自然因素、人类活动的贡献和演变趋势提供科学依据。论文首先探索了超高分辨沉积记录的沉积学指标，即岩芯的X-ray影像灰度指标和Corescanner岩芯元素扫描指标。通过对东海内陆架表层沉积物和四根沉积物岩芯X-ray影像灰度的研究表明：1）沉积物的灰度值是沉积物密度、结构和构造等属性的综合体现,但是受沉积物中的含水量的影响明显，两者呈现出明显的负相关关系，并据此提出了灰度的含水量校正公式。经过校正后的沉积物灰度值与沉积物的粒度、砂+粉砂的百分含量有着良好的一致性，可以近似看作岩芯的粒度替代性指标；依据灰度对东海陆架沉积物进行了分区，能很好地反映了该区的沉积环境。2）对沉积物岩芯进行X-rayCorescanner连续岩芯扫描研究表明：岩芯中沉积物的含水量和干密度均对X-ray岩芯扫描元素分析结果产生影响，即为压实效应，并得到了该区压实效应的校正公式，据此可以对Corescanner结果进行压实效应的校正。评价了针对东海内陆架泥质沉积区X-raycorescanner元素测试能力，将其分成四类，其中I类元素分析结果可信度高、可以直接作为含量对待，II类具有重要的参考价值，III类具有一定参考价值，而IV类无参考价值。对取自东海内陆架的4根岩芯18、C0702、DH6-1、DH7-2，系统地开展了沉积物岩芯的X-ray影像灰度、岩芯Corescanner元素扫描、粒度分析以及放射性同位素测定，建立了东海内陆架近200年来高分辨沉积记录。通过经验模态分解-最大熵谱分析法(EMD-MESA)及功率谱分析等方法对高分辨沉积记录进行了周期性分析，识别了该区域存在的隐形年纹或年代纹；利用沉积纹层定年并经210Pb、137Cs测年验证，建立起了该区域内近200年来高精度的年代标尺，揭示了该研究区内沉积层序三种高频波动模式：(i)年内及年尺度准周期变化；(ii)年际尺度的准周期变化(~2-8年)；(iii)年代际尺度准周期变化。不同位置的沉积岩芯的高频波动模式略有差别。将东海内陆架沉积层序的高频波动模式与东亚季风、ENSO及PDO指数进行耦合研究，结果表明岩芯18存在的年内及年尺度准周期变化是长江输沙量的周期性变化的结果，其余三根岩芯C0702、DH6-1及DH7-2中沉积记录中高频波动的准两年周期与东亚季风的准2年周期变化有着显著的关系；四根岩芯中沉积记录的年际高频波动与ENSO的(2~8年)周期有着良好的响应关系，该周期性波动是由ENSO振荡影响了东亚冬季风的强度、进而改变了该区的海洋沉积动力环境和沉积物搬运沉积过程所产生；该区沉积记录中的年代际的波动与PDO指数变化有着良好的响应关系，分析认为是PDO相位发生转变时引起东亚大陆的表层风发生异常，并导致东亚冬季风强度发生变化，进而影响了该区的沉积动力环境和沉积过程，最终导致了沉积层序中的年代际周期的形成。
【作者】张喜林；
【导师】范德江；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋地质，2014，博士
【关键词】东海内陆架；高分辨沉积记录；沉积层序；高频振荡；X-ray影像灰度；气候变化；

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