北大西洋U1313站深海沉积物记录的早更新世气候变化

【摘要】深海沉积物具有沉积剖面连续、后期干扰少、气候信息丰富及对比性强等优点,在揭示古气候变化方面能发挥巨大的作用,被越来越广泛地用于古气候研究。北大西洋对全球变化极其敏感,被认为是全球气候变化的源头和驱动器。格陵兰冰芯记录中发现的Dansgaard—Oeschger循环和大西洋深海沉积记录中的Heinrich事件等均反映了北大西洋地区在古海洋学、古气候学研究中的重要地位。在大洋钻探计划(ODP)北大西洋162和172航次已经取得重要成果的基础上,综合大洋钻探(IODP)伊始就安排2个航次(303和306)在北大西洋进行钻探,主要目标就在于重建上新世以来的标准地层,探讨古气候变化规律和机制。本文在国家自然科学基金项目“北大西洋深海沉积物记录的千年尺度气候变化研究(批准号：40601105)”的资助下,立足于IODP北大西洋306航次位于大洋中瘠西部侧面的U1313站(约41°N,32°W)2个高分辨率钻孔(A孔和D孔)拼接的深海沉积物研究剖面,在分析利用U1313站A孔和D孔颜色反射率、磁化率和密度等航行资料的基础上,对沉积物样品进行了浮游有孔虫Globigerinoidesruber(White)壳体的氧、碳同位素组成、Mg/Ca比值、Sr/Ca比值、粒度组成和矿物成分等分析。在数据分析的基础上,重建了海水表层古盐度(SSS)、海水氧同位素背景值δ18Oseawater、古海水表层水温(SST)和CaCO3含量；采用环境敏感粒度组分分析方法探讨了不同环境敏感粒度组分的环境指示意义；引入经验模态分解(EMD)方法,并和小波分析方法相对比,对U1313站的多个沉积记录指标进行了多时间尺度分析,发现一系列亚轨道尺度古气候变化周期；恢复了北大西洋早更新世(2420.88～1460.89kaB.P.)古气候变化情况,确定了26个冰期—间冰期旋回。主要的结论如下：1.北大西洋早更新世2420.88～1460.89kaB.P.,发生了多次冰漂砾沉积事件,尤以研究剖面A10H5段104～124cm(98.97～99.17mcd,2082.63～2086.79kaB.P.)最为显著,出现了明显的冰漂碎屑沉积层,肉眼可见存在有数块粒径约3-20mm左右的砾石。2.研究剖面粒度组成主要是由黏土和粉砂组成,其中又以黏土含量为主,平均达到了76.13%,粉砂含量平均为23.84%,砂的含量平均仅为0.03%。粒度频率曲线均呈现明显的双峰分布,说明由两种不同的物源组成。对环境敏感粒度组分的分析表明,存在组分Ⅰ(<1.729um)和组分Ⅱ(>1.729um)两个环境敏感粒度组分,它们对环境变化的敏感程度基本相同,分别代表岩芯沉积的粗细颗粒的多少,推测是由西风环流和北大西洋暖流两种动力条件的搬运下沉积形成的,其含量高低的变化能够反映气候的冷暖波动情况。矿物分析结果表明研究剖面样品主要由石英、钙长石和伊利石等矿物组成。3.利用EMD方法和小波分析方法对颜色反射率、CaCO3含量、平均粒径、中值粒径、细黏土(%)、细粉砂(%)、细黏土/细粉砂、细黏土/>8um、组分Ⅱ和组分Ⅰ/组分Ⅱ等指标进行多时间尺度分析的结果表明,大西洋地区早更新世气候变化不仅存在着地球轨道参数变化引起的偏心率周期(400ka和100ka)、岁差周期(23ka和19ka)和倾斜角周期(41ka),还存在着8ka(7.4-8.12ka)、6ka(5.79-6.4ka)、4ka(4.24-4.54ka)、3ka(3.16-3.65ka)、2ka(1.99-2.88ka)和lka(1.38-1.48ka)等一系列亚轨道的千年尺度周期。4.依据CaCO3含量和亮度L*的波动情况,在研究剖面115.48-69.43mcd(2420.88～1460.89kaB.P.)可以分为26个沉积旋回。根据深海CaCO3沉积第四纪大西洋型旋回的冰期CaCO3含量低和间冰期含量高的明显特点,可以判断出CaCO3含量和亮度L*的峰值对应间冰期、谷值对应冰期,说明在2420.88～1460.89kaB.P.,北大西洋地区气候变化波动频繁,至少发育了26次大小不等的冰期,δ18O和SST与CaCO3含量和亮度L*的波动情况吻合较好,证实了以上结论。5.综合分析CaCO3含量、亮度L*、磁化率、平均粒径、中值粒径、细黏土(%)、细粉砂(%)、细黏土/细粉砂、细黏土/>8um、组分Ⅱ、组分Ⅱb、组分Ⅰ/组分Ⅱ、δ18O、δ13C、SST和Mg/Ca等16个指标,U1313站115.48-69.43mcd(2420.88～1460.89kaB.P.)揭示的古气候变化过程可以分为A、B、C、D、E、F、G、H和Ⅰ共9个阶段,各个阶段的古气候变化特征如下：A阶段(2420.88～2376.49kaB.P.),时间跨度为44.39ka,包括2个冰期。粗颗粒含量增加,气候变冷,对应冰期,全球冰量增加,伴有IRD事件发生。B阶段(2376.49～2261.53kaB.P.),时间跨度为114.96ka。包含3个冰期。细颗粒含量明显增加,气候变暖,以间冰期为主,全球冰量减少,没有证据显示发生IRD事件。C阶段(2261.53～2219.64kaB.P.),时间跨度为41.89ka。仅包含1个冰期,粗颗粒含量增加,气候变冷,对应冰期,全球冰量增加,伴有IRD事件发生。D阶段(2219.64～2092.21kaB.P.),时间跨度为127.43ka。包含有4个冰期。粗细颗粒含量均没有明显增加或者减少,气候波动较小,对应较长时间的间冰期,全球冰量减少,没有证据显示发生IRD事件。E阶段(2092.21～2019.66kaB.P.),时间跨度为72.55ka。包含3个冰期。A10H5段80～138cm(98.73～99.29mcd,2077.63～2089.29kaB.P.),出现明显的冰漂碎屑沉积层,证实发生多次IRD事件。此阶段粗颗粒含量增加,气候变冷,对应冰期,冰期的规模要大于相邻阶段,全球冰量增加幅度较大。F阶段(2019.66～1914.7kaB.P.),时间跨度为104.96ka。包含2个冰期。此阶段粗细颗粒含量均没有明显增加或者减少,气候波动较小,对应较长时间的间冰期,全球冰量减少,没有证据显示发生IRD事件。G阶段(1914.7～1865.57kaB.P.),时间跨度49.13ka。仅包含1个冰期。此阶段粗颗粒含量增加,气候变冷,对应冰期,全球冰量增加,但组分Ⅱb在此阶段内全部为零,没有证据发生多次IRD事件。H阶段(1865.57～1683.87kaB.P.),时间跨度181.7ka。包含5个冰期。此阶段细颗粒含量明显增加,气候变暖,对应间冰期,全球冰量减少,没有证据显示发生IRD事件。Ⅰ阶段(1683.87～1460.89kaB.P.),时间跨度为222.98ka。包含5个冰期。此阶段粗细颗粒含量高低变换频繁,且幅度较大,说明气候极端不稳定,波动剧烈,冰川多次进退,冰期和间冰期迅速转换,全球冰量多次迅速增加又快速减少,发生多次IRD事件。
【作者】郭志永；
【导师】周生路；鹿化煜；
【作者基本信息】南京大学，自然地理学，2012，博士
【关键词】北大西洋；IODP；U1313站；深海沉积；早更新世；古气候；千年尺度；经验模态分解；

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