南海北部珊瑚Sr/Ca和Mg/Ca温度计及高分辨率SST记录重建尝试

利用全谱直读等离子体光谱(ICPAES)的分析方法精确分析了南海珊瑚的SrCa和MgCa比值,结合实测表层海水温度(SST),标定了海南岛南部三亚海域和西沙海域两个滨珊瑚的SrCa和MgCa温度计。在此基础上,尝试对两个南海北部全新世时期的珊瑚进行SST记录重建。结果显示约540aB.P.(小冰期)西沙海域夏季月均SST较现代低约1℃,而约6500aB.P.(大暖期)海南岛三亚海域夏季月均SST则高出现代1.0～1.5℃。     

南海北部夏季沿岸上升流近百年的强度变化

用全谱直读ICP-AES技术测定了海南岛东部（琼东）沿岸上升流区域滨珊瑚1906—1996年的Sr／Ca比值。结果显示珊瑚Sr／Ca比值重建的琼东海域的夏季海表温度偏低,强烈地受到东亚夏季风引起沿岸冷上升流的影响。结合西沙海域的滨珊瑚海表温度记录,首次重建了1906～1993年琼东沿岸风生上升流的强度指数变化序列。结果表明琼东上升流于1906～1993期间整体呈加强趋势,并具显著的年代际波动特征,同全球趋暖密切相关。此外,重建的上升流强度指数序列还揭示了大尺度环流——厄尔尼诺一南方涛动对琼东上升流强度变化的制约。     

珊瑚中微量铀的ID-ICP-MS高精度测定及其在珊瑚U/Ca温度计研究中的应用

建立了同位素稀释技术与ICP-MS相结合的ID-ICP-MS分析方法,成功测量了取自南海北部的滨珊瑚样品中的微量铀,获得0．5％左右的精度。并以此建立南海北部近岸海域的珊瑚U／Ca温度计,其温度精度可达±0．5℃。     

TRMM卫星降雨雷达观测的南海降雨空间结构和季节变化

利用热带降雨计划卫星(TRMM)获得的雷达降雨资料,对南海及其周边区域(简称南海地区)降雨的空间分布和季节特征进行了研究。结果表明：南海地区的降雨在空间上分布很不均匀,同时具有显著的季节变化。除了副高活动、季风潮、冬季冷涌和热带低压活动等天气过程,南海周边广泛分布的山地地形对该地区的降雨分布也产生强烈影响,降雨呈现南部高于北部、东部高于西部的分布特征?与CAMP和台站资料相比,PR观测具有更丰富的空间结构,能够更好地体现降雨随时间和空间变化的特征、反映高大的山地地形对降雨分布的影响。     

TRMM卫星降雨雷达观测的南海降雨空间结构和季节变化

利用热带降雨计划卫星（TRMM）获得的雷达降雨资料，对南海及其周边区域（简称南海地区）降雨的空间分布和季节特征进行了研究。结果表明：南海地区的降雨在空间上分布很不均匀，同时具有显著的季节变化。除了副高活动、季风潮、冬季冷涌和热带低压活动等天气过程，南海周边广泛分布的山地地形对该地区的降雨分布也产生强烈影响，降雨呈现南部高于北部、东部高于西部的分布特征。与CAMP和台站资料相比，PR观测具有更丰富的空间结构，能够更好地体现降雨随时间和空间变化的特征、反映高大的山地地形对降雨分布的影响。     

南海相对高纬度珊瑚对海洋环境变化的响应和高分辨率记录

分布于相对高纬度的亚热带珊瑚礁和珊瑚群落, 与热带珊瑚礁一样具有重要的研究价值, 但实际上对相对高纬度珊瑚的研究相对稀少。在我国南海, 相对高纬度的珊瑚礁和群落主要分布于广西涠洲岛、广东大亚湾、香港、福建东山、台湾等海域。近年来, 一些学者利用生物、生态、地质、地球化学等研究方法, 围绕"珊瑚群落演变与全球变化的关系"、"珊瑚对环境变化的高分辨率记录"等领域, 在相对高纬度海域开展了一些研究工作。本文首先简略介绍相对高纬度珊瑚的研究意义, 然后着重综述南海相对高纬度珊瑚对海洋环境变化的响应和高分辨率记录,以期通过综述前人的研究成果, 为接下来的研究提出新问题、开创新思路提供借鉴。     

南海北部滨珊瑚硼同位素气候环境指示意义再研究

珊瑚碳酸盐硼同位素（δ¹¹B）是古海洋中非常重要、具有特殊环境指示意义的地球化学指标。利用δ¹¹B重建古海水pH值,极大地推动了对海洋酸化历史以及海洋生物适应酸化潜力的认识。然而最近的研究表明,自然环境下生长的珊瑚具有非常强的调控钙化流体pH的能力,甚至有可能超过外部海水pH的影响,为δ¹¹B-pH指标研究带来了极大的挑战。因此,需要对珊瑚钙化流体δ¹¹B-pH气候环境指示意义重新进行分析、挖掘和再解释。本文利用前人测量的南海北部滨珊瑚（Porites）长时间尺度的钙化流体δ¹¹B-pH记录,根据大气二氧化碳、海水温度、海水溶解无机碳含量和总碱度记录对δ¹¹B-pH进行了重构。结果显示冬季风能够影响珊瑚礁海水pH值和珊瑚内部钙化环境,是控制南海北部珊瑚钙化流体pH值变化的主导因素。对于珊瑚礁周围的海水,冬季风通过影响珊瑚礁生态系统的钙化作用、光合作用以及水体交换来控制海水pH值;对珊瑚内部钙化流体,冬季风通过影响温度,从而影响珊瑚呼吸作用来调控钙化流体溶解无机碳含量,最终影响流体pH值。虽然目前利用珊瑚δ¹¹B-pH精确地定量重建外部海水pH存在着挑战和不确定性,但是在南海北部这个冬季风敏感海区,珊瑚δ¹¹B-pH可以作为冬季风强度变化的潜在新指标。

     

南海西部夏季冷涡的季节变化特征

基于美国海军的空间分辨率为0.5°×0.5°月平均的GDEM(Generalized Digital Environmental Model )三维温盐资料,采用P Vector方法,计算了南海西部夏季冷涡及附近海域的三维环流,分析了此冷涡的水平结构和垂向结构及其季节变化规律。结果表明南海西部夏季冷涡所占据的海域为一上升流区,对应的是低温区和气旋式环流,其温度场具有明显的垂向层化结构,冷涡随深度增加而减弱。冷涡中心在上层靠近越南沿岸,在温跃层以下有离岸的趋势。此冷涡具有明显的季节性变化：在5、6月份冷涡开始形成,其范围达到110.75°E,最大切向流速为8 cm/s;在7、8月份冷涡达到强盛,其范围向东扩展至112.50°E,冷涡中心也向东移至(110.50°E,13.25°N),最大切向流速增加为30 cm/s;在9、10月份冷涡开始衰减。     

海南岛东部海域滨珊瑚Sr/Ca比值温度计 及其影响因素初探*

文章采用全谱直读等离子体原子发射光谱(ICP-AES)的方法测定了1986~1996年海南岛东部海域滨珊瑚的Sr/Ca比值,建立了该海域月分辨率的Sr/Ca海水表面温度计方程:SST(℃)=170-16 (mmol/mol),n = 133,r=0.80,p=0.01, 此与韦刚健等在西沙海域建立的温度计方程:SST(℃)=169-16.7 (mmol/mol)一致,这表明南海中、北部海域也出现有相似的微量元素温度计。此外,文章还分析了在某些年月份SST的实测值和计算值出现的显著差别,探讨了可能造成的海洋气象环境因素。     

有孔虫壳体的Mg/Ca比值在古环境研究中的应用

有孔虫壳体的Mg/Ca比值测定是目前估算海水古温度最受重视的方法,适用于低纬和高纬、表层和深层海水古温度的测定。该方法理论误差仅为±1.1℃,考虑到盐度以及海水pH值的影响,其误差为±1.3℃。运用此法推算出的热带海区表层海水温度领先于全球冰盖的变化,是热带过程调控冰期旋回最强有力的证据之一;与氧同位素相结合,还成功地运用于全球冰量的估算,是目前古环境研究中较常用的古温度测试手段。     

南海珊瑚礁硼同位素组成及其环境意义

采用正热电离质谱方法测定了中国南海诸岛７０００ａ以来的珊瑚礁的硼同位素的硼含量。讨论了珊瑚礁中硼同位素 硼含量,Ｐ不管不顾忻代等参数的关系。结果表明,所测定的珊瑚礁硼同位素组成变化范围为２２．７￣２４．８‰,并且与珊瑚 硼含量呈正相关关系。根据硼同位素与海水ＰＨ值的关系计算出过去７０００ａ南海泊ＰＨ值变化８．１０￣８．４１。初步探讨了硼同位素组成与南海海平面变化的关系。     

Timing and duration of growth hiatuses in mid Holocene massive Porites corals from the northern South China Sea

Growth hiatuses in massive corals are usually indicative of past ecological or environmental stresses. Among 37 fossil Porites colonies surveyed from the reef flat of Dadonghai fringing reef at Sanya, Hainan Island, northern South China Sea, seven of them were found to show clear evidence of past mortality, representing a population of ～19%. Among these samples, two of them (SYO‐13 and SYO‐28) display clear growth hiatuses reflecting mortality followed by subsequent recruitment, and five others exhibit a well‐preserved mortality surface and no subsequent recruitment. The growth hiatuses were dated using high‐precision thermal ionisation mass spectrometry U‐series techniques. The age results suggest all the dated corals formed and died in the mid Holocene. Multiple dates below the growth hiatuses suggest that SYO‐13 and SYO‐28 died at 6298 ± 11 and 6929 ± 19 a BP (i.e. years before AD 1950), respectively. Multiple dates above the growth hiatuses indicate that growth in SYO‐13 and SYO‐28 resumed at 6257 ± 14 and 6898 ± 20 a BP, respectively. The calculated durations of growth hiatuses are therefore 41 ± 18 a for SYO‐13 and 31 ± 28 a for SYO‐28, respectively, implying growth resumed within decades after the mortality events. U‐series dating of four other samples with dead heads suggests that they died at 6035 ± 53, 6059 ± 23, 6127 ± 22 and 6474 ± 24 a BP, respectively. In addition, using solution inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP‐MS), monthly resolution Sr/Ca and Mg/Ca ratios were determined for the annual growth bands below and above the growth hiatuses for three of the dated samples. The Sr/Ca and Mg/Ca profiles indicate that the three corals probably died in different seasons (from spring to autumn), and the mortality appears to be unrelated to anomalous sea surface temperature‐induced bleaching. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

南海北部甲烷渗漏的沉积地球化学指标(Sr/Ca和Mg/Ca)识别

自生碳酸盐矿物是揭示甲烷渗漏过程及其周期性变化的重要指标。为了方便、快速地识别出自生碳酸盐矿物,在探讨了前人建立的端元组分模型(文石、高镁方解石、生物成因方解石和碎屑)在我国南海北部适用性的基础上,利用沉积物全样中Sr/Ca和Mg/Ca值计算了南海北部神狐海域两支沉积物柱状样中自生碳酸盐矿物的质量分数,计算结果表明,在不同沉积深度均有含量不等的自生碳酸盐矿物。这一结果被X射线衍射结果和沉积物中存在晶形完好的自生高镁方解石和文石矿物所验证,表明利用前人建立的端元组分模型计算的结果具有可靠性。自生碳酸盐矿物的出现显示该海域深受甲烷渗漏作用影响。利用地球化学指标(Sr/Ca和Mg/Ca)获得的自生碳酸盐矿物含量垂向变化显示该区域甲烷渗漏具有强弱交替的周期变化。运用端元组分模型来获取沉积物柱状样中自生碳酸盐矿物的高分辨率剖面,从而识别甲烷渗漏信息非常方便,在大范围寻找甲烷渗漏和天然气水合物方面具有较大潜力。     

南海中北部表层沉积硅藻的高分辨空间分布及其与现代环境因子的关系

本文通过对南海中北部1 266个站位19种硅藻的生物地理分布格局及其对环境因子偏好的研究,查清了南海中北部沉积硅藻高分辨的空间展布特征,并探讨了硅藻分布与海洋环境因子的关系。南海北部陆架和西部陆架表层沉积硅藻以广温的半咸水潮间带种或沿岸种和咸水-半咸水浅海种为主,珠江口以东的粤东北部陆架Paralia sulcata呈集中分布,粤西北部陆架多样性最佳,Cyclotella stylorum相对富集,西部陆架则以Cyclotella striata占显著优势。北部陆坡和西部陆坡以热带浮游远洋种为主,其中Azpeitia nodulifera和Nitzschia marina分别在琼东南陆坡、西部陆坡和东北部陆坡占优势地位,Chaetoceros messanensis、Fragilariopsis doliolus集中分布于北部陆坡。深海盆以热带浮游远洋种为主,A.nodulifera最具优势,其次为N.marina,Thalassionema nitzschioides和Thalassiosira eccentrica在吕宋海峡入口、深海盆东部和东南部礼乐岛坡集中分布。硅藻种和环境因子的Pearson相关性分析和冗余分析表明,热带远洋种与表层海水温度显著正相关,广温广布种与温度和盐度呈一定正相关,多数沿岸种和浅海种与盐度显著负相关。硅藻组合与海洋流系控制下的环境因子关系密切。可分为6个硅藻组合,其中陆架区3个组合主要受到盐度和营养盐(NO₃,PO₄,SiO₄)浓度的影响,陆坡区2个组合主要受表层海水温度、盐度和营养盐(PO₄)浓度的影响,而深海盆硅藻组合主要受温度的影响。对比前人研究,本文提高了对南海沉积硅藻空间分布认识的分辨率,充实了研究相对薄弱的西部陆架和深海盆的最新资料,佐证并修正了前人基于少量数据而得出的硅藻组合分区认识,消弭了前人观点的分歧。生物因素和沉积过程会使沉积硅藻对环境因子变化的响应关系更为复杂。     

Thermal Ionization Mass Spectrometry （TIMS）－U－Series Ages of Corals from the South China Sea and Holocene High Sea Level

1IntroductionTostudyglobalchangesinthepast (PAGES) ,i.e.,paleo climaticandpaleoenvironmentalchanges,itisnecessarytoestablishahigh resolutionandhigh precisiontimescale .Lateinthe1 980s,Edwardsetal.( 1 987,1 987)developedthethermalionizationmassspectrometry U seriesdatingmethod (TIMS)andtheyusedthismethodtoconducttheprecisedatingofthecharacteristicclimateeventssincethelastinterglacialperiod .Theirscientificpracticearousedgreatinterestofsci entificworkersengagedinQuaternaryenvironment (Peng…     

Quaternary palaeoceanographic changes in the northern South China Sea (ODP Site 1146): radiolarian evidence

The abundance and accumulation rates of siliceous microfossils in the northern South China Sea, including radiolarians, diatoms and sponge spicules, increased during most glacial intervals within the past 1100 kyr. Similar trends are observed in the index of thermocline surface radiolarians (TSR), diatom accumulation rates (DAR), charcoal accumulation rates (CAR) and the abundance of radiolarian species Cycladophora davisiana davisiana. Decreasing sea‐surface temperature accompanied by increased seasonality since 900 ka is indicated by a decline in the tropical radiolarian assemblage, including Tetrapyle octacantha and Octopyle stenozona, and by an increase in the subtropical assemblage, including Pterocorys zancleus, Peromelissa phalacra and Ommatartuts tetrathalamus tetrathalamus. Rapid increases at about 800 to 700 ka of siliceous microfossils, charcoal, subsurface and intermediate radiolarians, as well as the TSR index and the DAR, imply a fundamental shift in climate and a shoaling thermocline. Although these fundamental changes in the silicious fauna and flora of the South China Sea take place within the context of a developing 100‐kyr cycle, they do not change in step with changing sea‐level as indicated by marine δ¹⁸O. This is most clearly illustrated by the step‐like increase in silica accumulation (radiolaria, diatoms and sponge spicules) at 680 ka. Rather, these fundamental changes probably reflect intensified surface productivity associated with enhanced East Asian winter‐monsoon circulation. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

南海北部晚全新世高海平面及其波动的海滩沉积证据

揭示晚全新世以来的海平面变化过程对于理解海平面所处的现状和变化的趋势等具有重要意义。构造活动相对稳定的雷州半岛珊瑚礁区蕴藏着丰富的海平面变化信息,文中对该区晚全新世发育的海滩沉积序列研究表明,距今约1.7～1.2Cal.kaBP(14C年代为2.1～1.7kaBP)期间总体上是一个海平面持续上升的时期,其中在距今约1.5Cal.kaBP时海平面有过短暂的下降波动,约1.2Cal.kaBP时的海平面比现在的至少高128cm;之后海平面开始下降,至今海岸线后退了约210m,形成现代海滩-沙堤地貌体系。结合本区珊瑚礁记录的全新世其他时段海平面的变化特征,本文认为全新世海平面与气候变化一样,也存在千年、百年、年代际尺度的波动特征。     

Intrusion and its implication for subsidence: A case from the Baiyun Sag, on the northern margin of the South China Sea

We develop a series of simple numerical models to explain the anomalous subsidence and deposition phenomena on the northern continental margin of the South China Sea, in particular in the Baiyun Sag. The results suggest that a short-period high rate deposition of around 17 Ma is related to a rapid subsidence event, which may be due to episodic emplacement of a dense intrusion. Necking and gravity models indicate that in the basement of the Baiyun Sag, there is a dense zone that is 100–200 kg/m³ more dense than the surrounding country rock. Considering its high magnetic intensity and regional igneous activity, the dense zone is thought to be related to a phase of basalt intrusion that may have taken place around 17 Ma. Thermal and subsidence models indicate that a hot denser intrusion can cause significant subsidence immediately after the intrusion. The subsidence rate then slows down with cooling, thus becoming consistent with the observed subsidence curves at around 17 Ma. The results also indicate that the lithospheric strength under the Baiyun Sag is negligible, and that the high-velocity layer in the lowermost crust may be not an original part of the pre-rift crust. Instead, it is thought to be underplated intrusion emplaced at around 30 Ma when the continental margin broke up.