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本文对中法合作MARCO POLO航次(IMAGESⅫ)第5站位的MD05-2900孔和MD05-2901孔的沉积物进行了粒度、磁化率和元素地球化学分析,获取了近45万年来火山喷发、海流变迁、东亚季风演化等在南海西部越南岸外上升流区的沉积和地球化学记录。
利用浮游有孔虫氧同位素建立了MD05-2901孔的年代框架,底部年龄为450ka。结合MD05-2901孔沉积物的密度、孔隙率和陆源碎屑含量,计算了陆源碎屑的堆积速率,结果显示在间冰期时堆积速率的平均值为4.9~6.0 g/(cm2·ka),高于冰期的1.9~5.0g/(cm2·ka),与已经发表的南海南、北部冰期高于间冰期的特点明显不同。
对MD05-2901孔沉积物进行4cm间隔取样,进行了磁化率测试和陆源碎屑部分的粒度测试。磁化率整体上显示冰期/间冰期旋回性,与碳酸盐百分含量的对应关系明显,但有部分明显的峰值层存在。针对磁化率结果显示的13层厚度超过4厘米的磁化率峰值层,将其年代和菲律宾巴拉旺岛岸外的MD972142孔的火山灰层进行对比,发现其中10层完全对应,证明磁化率峰值层是由火山喷发作用造成的,说明45万年来菲律宾火山带喷发的粉尘可以沉积到南海西部。磁化率峰值层样品的粒度特征明显不同,呈双峰态分布,粗颗粒组分较多,空隙率高,密度和颜色反射率较小。由此证明,磁化率和粒度分析可用于寻找肉眼不可见的火山喷发作用的沉积学记录。本研究发现的受火山喷发作用影响的特殊层位,可作为地层对比的参比标志,并为追溯45万年来大气和洋流的变迁提供了参考资料。
对陆源沉积物的粒度分布进行主成分因子分析,获得了两个主控因子F1和F2,它们控制了陆源沉积近80%的粒度变化特征。对F1敏感的1.26~2.66μm%和10.8~14.3μm%呈现高频的波动,和北半球低纬夏季太阳辐射量吻合很好,显示23 ka的岁差周期和13 ka的半岁差周期。对F2敏感的4.24~7.42μm%和30.1~43.7μm%,则显示强烈的100 ka的偏心率周期。本区的陆源沉积物来源于南海西南和北部两个地区,在动力上则分别由夏季风和冬季风驱动的不同方向的洋流搬运。两个因子反映了东亚季风的演化特征。研究认为,晚第四纪以来东亚夏季风受控于低纬区的夏季日射量的变化,而冬季风主要受高纬冰盖变化驱动,呈冰期/间冰期旋回尺度的波动,这反映了东亚季风演化的双重驱动机制。
利用XRF Core Scanner对MD05-2900孔沉积物进行1cm间隔的元素测试,测试元素自13号元素A1到92号元素U。MD05-2900孔沉积物的Ca含量曲线和MD05-2901孔的碳酸盐含量曲线具有极好的对应性,将两者进行对比,获得MDOS-2900孔的年代框架。元素比值在该孔有较好的指示意义,Ti含量可以用来指示岩屑含量的变化,并对各种其它元素进行均一化处理。Sr/Ti的比值可以反映沉积物中碳酸盐的含量变化,Mn/Ti比值可指示底层水体的氧化还原环境变化,Ba/Ti比值指示海洋表层古生产力的变化。结果显示,海底沉积环境的氧化还原条件没有表现出明显的冰期/间冰期旋回特征,与此海区上层水体结构的变化不存在对应关系,这说明底层水体的变化与上层水体不同,可能有完全不同的驱动机制。Ba/Ti指示的海洋表层生产力在MIS3早期较高,指示了该时期特强的夏季风和上升流作用的增强。末次冰期开始的初期MIS4,温跃层逐步变浅,上层水体的交换作用增强,表层生产力逐渐增高,到MIS3初期达到峰值,这表明东亚夏季风在MIS4由弱逐渐增强,并在MIS3初期达到近13万年来的高值。