第四纪研究  2016, Vol.35 Issue (1): 18-30   PDF    
海南岛东南部陆架晚全新世以来海洋沉积物来源与环境变化特征
叶翔, 徐勇航, 王爱军 , 尹希杰, 孙荣涛, 李云海    
(① 国家海洋局第三海洋研究所, 海洋与海岸地质实验室, 厦门 361005;
② 山东理工大学资源与环境工程学院, 淄博 255049)
摘要    陆架海域因接纳了大量河流入海沉积物而成为研究全新世气候变化的理想区域。海南岛东南部陆架海域晚全新世以来的平均沉积速率由1315BC~518A.D.期间的0.52mm/a 逐渐增加至1450A.D.以来的1.00mm/a; 沉积物高岭石含量及 <2μm 的粒度组分在1315BC~518A.D.期间没有明显变化, 自518A.D.以来表现出一定程度的增加, 自1450A.D.以来则表现出明显的增加, 而MgO/Al2O3则表现出相反的变化趋势, 表明自1450A.D.以来, 来源于珠江源区的细颗粒沉积物对海南岛东南部陆架海域的贡献逐渐增大, 而有机碳含量及C/N 的增加则揭示了近百年来人类活动的影响增大; 晚全新世以来海南岛东南部陆架沉积特征和沉积速率的变化是不同演化阶段物质来源来量不同所致。沉积物微量元素Sr含量及Sr/Ba 比值、底栖有孔虫的垂向分布揭示了该海域主要受近岸混合水团的控制, 并且自518A.D.以来, 近岸混合水团的影响逐渐增强; 浮游有孔虫含量可能指示了海南岛东南部海域在晚全新世以来上升流发育强度呈周期性变化, 即1000BC~500A.D.期间上升流强度总体降低, 在500~1300A.D.期间又逐渐加强, 而在1300A.D.以来的上升流强度又逐渐减弱。晚全新世以来海南岛东南部陆架海域海洋环境的变化受东亚季风驱动。
主题词     晚全新世    沉积物来源    海洋环境    陆架    海南岛    
中图分类号     P736.21+3                    文献标识码    A

在过去的几十年里出现的环境问题中,气候变化问题无疑是最为严重、 也最难解决的问题。无论是2009年底的哥本哈根,还是2014年底的利马,气候变化都成为世界政治、 外交和经济的博弈焦点。自20世纪80年代以来,全球气候是否变暖逐渐成为国际上争论的热点,“曲棍球杆”曲线[1] 提出后,将该争论推向了高潮[2, 3, 4, 5] 。为了更为清晰地揭示气候变化过程、 深入理解现代气候变化的驱动机制,中长期(千年尺度)时间序列的气候变化研究逐渐成为重点[6, 7, 8]

陆架海域容纳了绝大部分河流入海沉积物[9] ,这些沉积物携带了大量的陆地和海洋环境信息,从而使陆架成为研究全新世气候变化的理想区域[10, 11, 12, 13, 14] 。南海作为西太平洋低纬度地区最大的边缘海,由于紧邻亚洲大陆和西太平洋岛弧带,周边有多条大型河流及中小型山溪性河流入海,大量陆源碎屑物质经河流入南海,从而成为国际上研究气候变化的重要区域[8, 15] 。南海北部作为南海海域沉积活动最为活跃的地区,近年来逐渐受到古环境研究者的关注,但大多数的研究工作都集中在古气候演化方面[16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24] ,对于古海洋环境演化的研究相对较少[25, 26, 27, 28, 29] 。 本文对采自南海北部海南岛东南部陆架的柱状样进行了综合分析,利用晚全新世以来南海北部陆架沉积物的物源信息和沉积环境信息,探讨该海域晚全新世以来的海洋沉积环境变化特征。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

南海北部陆架最大宽度为200-220km,其中水深小于60m的内陆架坡度约为0.08°,较外陆架略陡,等深线基本沿ENE-WSW走向,自西北向东南方向水深逐渐增大[30] 。海南岛东部陆架海域属东亚季风区,冬季主要受东北季风控制,表层海流约为 38~75 cm/s ,夏季则主要受西南季风控制,表层海流约为 12~25 cm/s [31] ; 海南岛东部陆架海域水体浊度非常小,一般仅为0.03-0.46FTU,并且表现为由岸向海、 由底向表水体浊度逐渐减小的空间分布特征[32] 。南海北部陆架自东北向西南伸展,是华南大陆向海自然延伸部分,陆架宽度变化较大,外缘地形发生明显坡折,陆架区地貌类型多样; 海南岛东南部受海南东延隆起、 海南西延隆起、 莺歌海坳陷、 琼东南坳陷、 西沙北海槽、 西沙隆起等地质构造单元的影响,大陆架宽度较小,且在陆架外缘至大陆坡之间发育有水下阶地及陡坎[33]

1.2 样品采集

2009年7月,利用“延平2号”科考船在南海北部开展调查期间,于海南岛东南部陆架用重力柱状取样器采集柱状样1根(站位C706),站位分布见图1 ,采样站位水深为137m,柱状样长222cm。

图1 研究区及采样位置示意图(海流分布引自文献[34] Fig.1 Sketch map of the study area and sampling site,the information on circulation patterns is from reference[34]
1.3 样品分析

柱状样运回实验室后,以10cm间隔、 2cm厚度分样,进行了沉积物粒度、 粘土矿物、 碳氮及其稳定同位素、 元素地球化学分析及浮游和底栖有孔虫鉴定,并取3个层位有孔虫样品进行了ASM 14 C 年代测定。

(1)粒度分析: 取0.1-0.2g充分混合的样品,分别加入30%的H2O2和0.25 N的HCl溶液以去除沉积物中的有机质和碳酸盐组分; 经洗酸至中性后加入数滴0.5 N的六偏磷酸钠溶液,静置24小时,使样品充分分散,用英国Malvern公司生产的Mastersizer2000型激光粒度仪进行粒度分析; 利用仪器自带软件以0.25间隔导出数据,利用矩法计算粒度参数[35] ,采用Shepard分类方法[36] 确定沉积物类型。

(2)碳、 氮分析: 取充分混合的样品以40℃恒温烘干,研磨成粉末后定量称取10-20mg和50-100mg样品各一份,将较重的样品加入1N的HCl溶液进行酸化,然后烘干、 称重、 研磨,计算酸化损失量后,将两份研磨后的样品在德国ELEMENTOR公司生产的Vario Ⅲ型元素分析仪上进行总碳、 总氮、 总有机碳等测试,经过酸化损失校正,计算出总有机碳和碳酸盐含量。

(3)化学元素分析: 取研磨成粉末的样品适量,制成熔片(常量元素分析)和压片(微量元素分析),利用X射线荧光光谱仪进行常量和微量元素的分析。

(4)粘土矿物分析: 取大约5-10g的沉积物样品,先后用10%的H2O2溶液和25%的醋酸反应去除有机质和碳酸盐,按Stokes沉降原理所确定的沉降时间,将小于2μm的悬浮液吸出、 离心,用涂片制成定向薄片。采用荷兰PANalytical X' Pert PRO衍射仪,分别对自然条件、 乙二醇蒸汽饱和、 加热条件(490℃,2小时)下的样品薄片进行测试,采用Biscaye[37] 方法统计蒙脱石、 伊利石、 绿泥石和高岭石的相对百分含量,绿泥石和高岭石的相对比例通过拟合3.54nm/3.58nm的衍射峰面积比确定。

(5)有孔虫鉴定: 将充分混合的样品作干湿比测定,然后称重、 浸泡,充分散开后筛洗,筛孔径为0.063mm,筛上部分经烘干称重后供鉴定; 通常鉴定底栖有孔虫不少于100个个体,浮游有孔虫不少于300个个体; 最后统计有孔虫的丰度值、 简单分异度、 复合分异度及优势度。

(6)ASM 14 C 分析: 挑选出合适的有孔虫样品,送往北京大学考古文博学院进行前处理,样品测试在北京大学加速器(AMS)质谱实验室完成,测试所用仪器为美国NEC 1.5 SDH-1串列式加速质谱仪,14 C 半衰期为5568年。测试结果采用CALIB6.0(www.calib.org)进行校正,校正曲线为Reimer等提出的适合海洋研究的Marine09校正曲线[38] ,碳存储库效应值为-25± 20[39]

2 分析结果 2.1 沉积构造与沉积速率

柱状样分样显示,该柱样剖面有不明显的层理结构,仅表现为沉积物粒度组成和颜色上的细微变化,并且均为渐变过程,剖面上无明显扰动痕迹,亦没有发现浊流沉积和风暴沉积构造特征,应为连续、 稳定的沉积构造。根据ASM 14 C 分析及年龄校对结果(图2),柱状样底部214-220cm层位的沉积时间为1315BC,120-124cm层位的沉积时间为518A.D.,44-50cm层位的沉积时间为1450A.D.。 由此计算得到不同时间段的平均沉积速率: 1315BC-518A.D. 期间的平均沉积速率为0.52mm/a ,518-1450A.D. 期间的平均沉积速率为0.73 mm/a ,1450A.D. 以来的平均沉积速率为1.00 mm/a ,总体表现为沉积速率逐渐增加的趋势。

图2 海南岛东南部陆架柱状样沉积物粒度分布特征 Fig.2 Vertical distributions of core sediment grain size parameters on the continental shelf off southeastern Hainan Island
2.2 粒度组成的垂向变化

粒度分析结果(图2)显示,整个剖面沉积物砂含量为5.29%-22.56%,由底向表逐渐减小; 粉砂含量为67.71%-82.62%,由底向表略有增加; 粘土含量为6.54%-16.55%,由底向表逐渐增加,但中间出现突然增大的层位。整个剖面沉积物共有3种类型: 粘土质粉砂(YT)、 粉砂(T)和砂质粉砂(ST),170cm深度以下均为ST,170-80cm深度之间主要为T,有少量ST层分布,80-70cm深度之间为YT,70cm以上主要为T。沉积物平均粒径为5.51-6.58,由底向表平均粒径逐渐减小,但在剖面上依然可以分出3个变化阶段: 底层至130cm深度之间沉积物平均粒径在波动变化中保持稳定,130-30cm深度之间平均粒径快速减小,而30cm以上沉积物平均粒径继续快速减小,并且减小速度较前者更大。分选系数为1.52-2.00,根据《海洋地质调查技术规程》中有关分选程度等级表[40] ,该柱样沉积物分选差,但在剖面上分选系数在底层至50cm深度之间除180cm深度处沉积物分选突然变差外保持稳定,说明该时段沉积环境总体相对稳定; 50-20cm深度之间分选系数快速减小,表明该时段沉积物分选逐渐变好; 20cm以上分选系数又逐渐增大。

2.3 粘土矿物垂向分布特征

粘土矿物分析结果显示(图3),沉积物粘土矿物中伊利石含量最高,为49.01%-59.47%,平均含量为52.77%; 蒙脱石含量为11.85%-25.25%,平均值为18.44%; 高岭石含量为10.61%-16.96%,平均值为12.81%; 绿泥石含量为13.05%-19.48%,平均值为15.98%。伊利石含量略有波动变化,但随深度的变化趋势不明显; 而蒙脱石含量整体上呈自下而上波动减少趋势; 高岭石含量整体上呈自下而上波动增加趋势; 绿泥石含量在底部至70cm之间略有增大,但自70cm以上逐渐减小。

图3 海南岛东南部陆架柱状样沉积物粘土矿物及主量元素分布特征 Fig.3 Vertical distributions of clay minerals and major elements of the sampling station on the continental shelf off southeastern Hainan Island
2.4 总氮、 总有机碳及碳酸盐含量的垂向分布特征

沉积物总氮(TN)、 总有机碳(TOC)和CaCO3含量的垂向变化见图4 。TN含量由底向表逐渐增大,含量为0.08%-0.12%,平均值为0.09%; TOC含量在剖面上表现为由底部的0.43%缓慢增加至表层以下10cm深度处的0.71%,平均值为0.51%,但在表层突然增大至1.56%,使得整个剖面TOC含量平均值增加至0.56%; CaCO3含量变化与TOC变化趋势相反,即由底向表逐渐减小,但在剖面上出现两个旋回,即CaCO3含量由底部的13.22%逐渐减小至160cm层位的10.77%,但在160-150cm之间又迅速增加至14.39%,此后又缓慢减小至10cm层位的10.08%,到表层快速减小至4.88%。

图4 海南岛东南部陆架柱状样沉积物碳氮及微量元素分布特征 Fig.4 Vertical distribution of carbon,nitrogen and trace elements at the sampling station on the continental shelf off southeastern Hainan Island
2.5 地球化学元素含量垂向分布特征

海南岛东南部陆架柱状沉积物中Al2O3含量为11.27%-14.52%,平均值为12.42%,由底向表总体表现为逐渐增加的趋势,其中由底部至80cm层位为缓慢增加,80cm以上表现为快速增加(图3)。Sr含量在底部至80cm层位之间没有明显的变化趋势,基本在248.5-285.5 μg/g 之间波动,平均值为263.2 μg/g ,自80cm层位向表层,Sr含量由276.6 μg/g 逐渐减小至229.0 μg/g ,平均值为243.1 μg/g ; Ba含量在垂向上没有明显的变化趋势,基本在329.7-358.8 μg/g 之间波动,平均值为346.9 μg/g ,仅在80cm层位以上略有增加。

2.6 有孔虫垂向分布特征

整个剖面鉴定出底栖有孔虫61属共124种,主要优势种有具缘小泡虫(Bulimina marginata d'Orbigny)(约占8.29%)、 绒刺葡萄虫(Uvigerina hispida Brady)(约占7.66%)、 强壮箭头虫(Bolivina robusta Brady)(约占6.12%)。底层至160cm层位之间,有孔虫丰度值总体减小,均值为534枚/g干样,分异度波动很大,但总体处于柱状样中相对较高的阶段,简单分异度均值为42种,复合分异度均值为3.49(图5)。 从底栖有孔虫三大类壳体组合的比例来看,段内胶结壳个体含量波动较小,均值为8.04%,瓷质壳和玻璃质壳体的含量相对波动较大,均值分别为11.00%和80.97%。160cm层位至表层之间,底栖有孔虫丰度在波动中逐渐下降,均值为480枚/g干样,段内底栖有孔虫的分异度尤其是简单分异度波动很大,简单分异度均值为39种,复合分异度均值为3.37。

图5 海南岛东南部陆架柱状样沉积底栖有孔虫分布特征 Fig.5 Vertical distributions of benthonic foraminifera at the sampling station on the continental shelf off southeastern Hainan Island

整个剖面共鉴定出浮游有孔虫8属共19种,主要优势种有红拟抱球虫(Globigerinoides ruber d'Orbigny)(约占28.63%)、 粘连近抱球虫(Glogigerinita glutinata Egger)(约占25.85%),泡抱球虫(Globigerinoides bulloides d'Orbigny)也占有一定优势,并且其含量在垂向上也表现出周期性的变化特征。底层至160cm层位之间,有孔虫丰度值较高,均值为1012枚/g干样,但分异度也处在波动频繁且剧烈的阶段,简单分异度和复合分异度均值分别是14种和2.10; 160cm层位至表层之间,浮游有孔虫丰度相对下段有所下降,均值为617枚/g干样,但分异度也处在波动频繁且剧烈的阶段,简单分异度和复合分异度均值分别是14种和2.07(图6)。

图6 海南岛东南部陆架柱状样沉积浮游有孔虫分布特征 Fig.6 Vertical distributions of planktonic foraminifera at the sampling station on the continental shelf off southeastern Hainan Island
3 讨论 3.1 沉积物来源变化

南海作为世界上最大的边缘海,其沉积物主要来源于陆源输入、 火山喷发及生物化学过程自生物质等[41, 42] 。南海周边陆地河流遍布[43, 44, 45, 46, 47, 48] ,每年由河流携带入海的泥沙量超过600 Mt(表1),在南海周边形成了宽阔的陆架沉积体系。受南海流系及地貌特征的影响,越南、 马来西亚及泰国等地的河流入海泥沙主要在南海西北部(北部湾内)、 西部及南部陆架沉积,在南海北部珠江口外陆架沉积物主要受台湾河流、 珠江等河流入海泥沙,其中以台湾河流入海泥沙贡献最大[20, 49, 50] ; 而在海南岛东部陆架地区,碎屑矿物分析结果指示了该海域近岸沉积物主要为沿岸冲刷及沿岸河流输入[51] ,粘土矿物研究指出该海域与珠江沉积物相似[52]

表1 南海周边主要河流输沙量 Table 1 Sediment flux discharged by main rivers around the South China Sea

南海北部不同源区粘土矿物分析结果(表2)显示,海南岛东部陆架沉积物中蒙脱石主要来源于吕宋岛,高岭石主要来源于珠江,伊利石主要来源于台湾河流,这与南海北部陆架及陆坡的研究结果基本一致[20, 49, 50] 。粘土矿物的空间分布与洋流系统密切相关,黑潮分支在由巴士海峡进入南海北部后继续向西入侵,从而将吕宋岛河流输入的以高蒙脱石含量为特征的粘土矿物及台湾西南部的以高伊利石和绿泥石含量为特征的粘土矿物携带至南海北部及海南岛东部陆架沉积[52] ,而常年盛行的粤西沿岸流则控制了珠江入海的细颗粒物质沿粤西陆架向西输运[53] ,并进而影响至海南岛东部陆架。本文粘土矿物统计结果显示,自1315 BC以来,粘土矿物中蒙脱石含量逐渐降低,表明吕宋岛河流沉积物对海南岛东部陆架沉积物中粘土矿物的贡献有所减小; 伊利石和绿泥石含量在1315BC-1450A.D. 之间总体增加,而高岭石含量总体不变,说明台湾西南部河流对海南岛东部陆架沉积物中的粘土矿物贡献略有增大,珠江对该海域沉积物中粘土矿物的贡献没有明显变化; 而自1450A.D. 以来,高岭石含量明显增加,绿泥石和伊利石含量略有减少,表明珠江流域沉积物对海南岛东部陆架沉积物中的粘土矿物贡献增大。伊利石风化指数的垂向变化也显示(表2),在1450A.D. 以前,海南岛东部陆架沉积物中粘土矿物的来源变化不大,而1450A.D. 以来,珠江源区的贡献增大。

表2 南海周边不同源区粘土矿物组合特征 Table 2 The composition characters of clay minerals in different source area around the South China Sea

粒度分析结果表明(图2),海南岛东南部陆架沉积物在518A.D. 以前沉积物频率分布为双峰,表明该时期沉积物来源多样,除陆源输入的细颗粒物质外(峰值为6-7),还有峰值为4的粗颗粒物质供应,而该粗颗粒物质可能来源于陆架残留沉积的改造及搬运。在518-1450A.D. 之间,细颗粒峰值逐渐明显,而粗颗粒峰值逐渐弱化,而自1450A.D. 以来,沉积物频率分布基本以单峰为主,峰值主要集中在细颗粒部分; 而统计结果表明(表3),沉积物粒度频率分布中,小于2μm的组分逐渐增大,分选程度有所变好,表明河流供给的细颗粒沉积物在该海域有所增加。

表3 海南岛东南部陆架柱状沉积物样品测试要素统计值 Table 3 Statistical value of experimented parameters of the core sediment on the continental shelf off southeastern Hainan Island

海洋沉积物中的C/N 可以粗略区分其中陆源输入和海洋自生有机质,即C/N 比值大于12为以陆源输入为主[55] ,C/N 比值小于8为海洋自生为主的来源[56] 。本文测试结果表明,虽然沉积物中有机碳以海源为主,但由底向表沉积物中TOC含量逐渐增加,C/N 逐渐增大,在一定程度上也说明陆源有机碳的贡献逐渐增大; 尤其是近100a以来,TOC含量迅速增加,C/N 增大至15以上(图4),可能主要是因为近代随着广东沿海及海南岛上人类活动的加剧,入海的陆源有机质快速增加。

海洋沉积物中MgO/Al2O3比值大小主要反映陆源物质的输入量大小,比值越小,说明陆源物质输入越多,反之则越少[57] 。由图3 可以看出,自518A.D. 以来,MgO/Al2O3比值开始逐渐减小,而1450A.D. 以来则明显减小,表明陆源物质供应逐渐增加。计算结果显示,6000a以来,珠江年均入海泥沙通量为15.35 Mt[58] ,但绝大部分都用来充填河口湾及发育三角洲,随着河口湾充填及三角洲的不断发育,开始有较多的沉积物被输运至口外陆架地区[59] 。 而最新研究结果也显示,粤西陆架泥质沉积体系也是形成于近几百年的时间里[53, 60] ,这与本文结果一致,说明珠江源区在近几百年内对南海北部陆架及海南岛东部陆架泥质沉积物的贡献逐渐增大。

3.2 海洋环境演化

统计结果显示,南海北部海区主要有沿岸冲淡水团、 近岸混合水团、 暖表层水团、 表层水团、 表次层混合水团、 次层水团、 次中层混合水团和中层水团等8个水团,研究区所在海域表层水体在春季为近岸混合水团控制,其他季节则由表层水团控制; 50m水层在春、 夏季为表次层混合水团控制,秋冬季节则为表层水团控制; 而底层则主要受表次层水团和次层水团控制[61] 。底栖有孔虫优势种分布揭示了研究站位自3300a以来属于正常海相环境,自柱状样底部220cm至168cm层位(对应时间段为1315-315BC)之间的沉积物底栖有孔虫以Uvigerina hispida Brady作为最主要的优势种,意味着采样站位在该时段的水深可能比目前要大; 而168cm以上Bulimina marginata (d'Orbigny)含量突然增加,成为最主要的优势种,则意味着该时段水深可能较之之前时间段有所降低。浮游有孔虫鉴定结果显示,整个柱状样以Glogigerinita glutinata(Egger)为主要优势种之一,指示了海南岛东南部外陆架海域水团受陆架混合水团控制,并且在垂向上该优势种数量自518A.D. 以来逐渐增多,表明该海域受陆架混合水团影响逐渐增大。

沉积物元素比值通常用来反映古环境[62] ,如Sr、 Ba含量及相应的比值可以判别沉积时水体的古盐度[63] 。Sr、 Ba化学性质十分相似,它们均可形成可溶性碳酸盐、 氧化物和硫酸盐进入水溶体中。与Sr相比,Ba的化合物溶解度要低,河水中携带的Ba2+ 在与富含SO42- 相遇时形成难溶的SO44,因此多数近岸沉积物中富Ba,而Sr的迁移能力高于Ba,可迁移到大洋深处[64] 。Chen等[63] 通过研究,提出Sr>160×10-6 和Sr/Ba >0.35为浅海相沉积; Sr<90×10-6 和Sr/Ba <0.2为陆相沉积。采样站位沉积物Sr含量(221.9×10-6 -285.5×10-6 ,平均值为255.3×10-6)和Sr/Ba 比值(0.63-0.87,平均值为0.74)明显高于临界值(图4),表明该海域在研究时段内始终属于正常陆架海相沉积环境。而分时段统计结果显示,在1315BC-1450A.D. 期间,Sr含量和Sr/Ba 比值的平均值基本保持不变,但自1450A.D. 以来的Sr含量和Sr/Ba 比值平均值明显减小; 由图4 也可以看出,由底部至80cm层位沉积物的Sr含量和Sr/Ba 比值没有明显变化,但在80cm以上沉积物的Sr含量和Sr/Ba 比值表现出明显的减小趋势,指示了近900a来海南岛东南部陆架海域受近岸混合水团影响明显增强。

南海北部陆架海域在夏季西南季风的影响下多出现上升流,而海南岛东南部海域是该上升流中心之一[65] ,主要发生在4-9月,并且具有明显的时间变化特征[66] 。珊瑚记录信息揭示了近百年来该海域上升流总体呈加强趋势,并且具有明显的年代际变化特征[67] 。浮游有孔虫中泡抱球虫作为富营养指示种,其高含量则很可能与上升流的发育有关。泡抱球虫含量在大约1000BC左右开始逐渐减少,至500A.D. 左右其含量又开始逐渐增加,直到大约1200A.D. 左右达到高值,随后表现出持续减小的趋势(图6)。该变化趋势可能指示了海南岛东南部海域在1000BC-500A.D. 期间上升流强度总体降低,在500-1300A.D. 期间又逐渐加强,而在1300A.D. 以来的上升流强度又逐渐减弱。 上升流强度的变化与东亚季风演化直接相关,间冰期时夏季风加强,冰期时冬季风加强,夏季风和冬季风的强弱变化会改变海水上层水体结构的变化,进而驱动了上升流的强弱变化[68] 。研究表明,西沙海域表层水温在3500BC-100A.D. 期间总体呈下降趋势[27] ,而中国东部在1000BC-500A.D. 期间的寒冷期持续时间长度及其强度明显高于温暖期[69] ,表明在1300BC-500A.D. 期间南海北部海域夏季风强度呈总体减弱趋势,从而使得海南岛东南部陆架海域上升流强度逐渐减弱。在500-1300A.D. 期间,大约80%的时段长时间为温暖气候[69, 70, 71] ,因而冬季风强度减弱,夏季风强度有所加强,从而引起海南岛东南部陆架海域上升流强度有所加强。而自1300A.D.以来,受小冰期东亚季风强度增大的影响,西沙海域夏季表层水温较现代低约1℃[72] ,海南岛东南部陆架海域上升流强度也有所减弱。

4 结论

海南岛东南部陆架由于宽度较小且受河流影响相对较弱,其沉积体系在发育过程中不仅记录了陆源物质输入的信息,还记录了更多的海洋环境信息,从而成为研究古海洋环境演化的理想区域。在\{AMS 14 C 定年的基础上,对海南岛东南部陆架C706柱样晚全新世以来沉积物粒度、 粘土矿物、 地球化学及有孔虫进行了研究,得出以下结论:

(1)海南岛东南部陆架海域晚全新世以来不同时间段的平均沉积速率呈逐渐增加的趋势,即由1315BC-518A.D. 期间的0.52 mm/a 增加至518-1450A.D. 期间的0.73mm/a ,进而增加至1450A.D. 以来的1.00 mm/a 。

(2)沉积物粒度组份、 粘土矿物组分及地球化学元素含量在1315BC-518A.D. 期间均没有明显变化; 从518A.D. 开始,沉积物逐渐细化,沉积物粒度组分中<2 μm 的含量和高岭石含量均表现出一定程度的增加,而自1450A.D. 以来则表现出明显增加,同时MgO/Al2O3表现出逐渐减小的趋势,表明自1450A.D. 以来,来源于珠江源区的细颗粒沉积物在粤西沿岸流的作用下对海南岛东南部陆架海域的贡献逐渐增大; TOC含量及C/N 均表现出一定程度的增加,也说明陆源细颗粒物质输入强度逐渐增强,而近百年的快速增加则揭示了该时段人类活动影响明显增大。

(3)沉积物微量元素Sr含量及Sr/Ba 比值、 底栖有孔虫的垂向分布揭示了该海域主要受近岸混合水团的控制,1315BC-518A.D. 期间各要素没有明显变化,而518A.D. 以来,Sr含量增加,Sr/Ba 比值减小,指示近岸混合水团的底栖有孔虫数量增加,表明该时段以来海南岛东南部陆架近岸混合水团的影响强度逐渐变大; 浮游有孔虫中泡抱球虫含量垂向变化特征指示了海南岛东南部海域晚全新世以来上升流的周期性变化,即1000BC-500A.D. 期间上升流强度总体降低,在500-1300A.D. 期间逐渐加强,而在1300A.D. 以来的上升流强度又逐渐减弱。晚全新世以来海南岛东南部陆架海域海洋环境的变化受东亚季风驱动。

致谢 国家海洋局第三海洋研究所的汪卫国、 李东义、 黄财宾以及“延平2号”全体船员参加了野外调查,汪卫国协助完成了元素地球化学分析,于力、 刘静萍协助完成了粒度分析,谨致谢忱。

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VARIATIONS IN SEDIMENT SOURCE AND MARINE ENVIRONMENT CHARACTERISTICS DURING THE LATE HOLOCENE ON THE CONTINENTAL SHELF OFF SOUTHEASTERN HAINAN ISLAND
Ye Xiang, Xu Yonghang, Wang Aijun, Yin Xijie , Sun Rongtao, Li Yunhai    
(① Laboratory for Coast & Ocean Geology, Third Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Xiamen 361005;
School of Resources & Environment Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049)

Abstract

Continental shelves receive a large amount of terrestrial materials discharged from rivers and therefore become a suitable research area for Holocene climate changes.A sediment core with a length of 222cm named C706 was collected at the continental shelf off the southeastern Hainan Island, where the water depth is 137m.The core sediment sample was cut with 10cm interval and 2cm thickness in laboratory.Sediment grain size, clay minerals, total organic carbon and nitrogen contents, geochemical elements were analyzed, and also benthonic and planktonic foraminifera was identified; furthermore,AMS 14 C dating was conducted at three layers using foraminifera samples.The mean sedimentation rate on the continental shelf off the southeastern Hainan Island increased from 0.52mm/a between 1315BC and 518A.D.to 1.00mm/a since 1450A.D.The contents of kaolinite and the constituents of <2μm in sediment did not vary much during 1315BC~518A.D.; they increased slightly since 518A.D.and remarkably since 1450A.D., while the variation of MgO/Al2O3 showed opposite patterns, indicating that the contribution of fine sediment discharged from the Pearl River increased since 1450A.D.The increase in organic carbon content and C/N ratio revealed an enhanced influence of human activities over the recent hundred years.The variations in sedimentary structures and sedimentation rates in the study area during the Late Holocene resulted from different sediment inputs at different stages.The vertical distribution of the trace metal content of Sr, the Sr/Ba ratio and the benthonic foraminifera suggested that the continental shelf off the southeastern Hainan Island was controlled by coastal mixed water mass in the Late Holocene, with its influence being increasing since 518A.D.The distribution of planktonic foraminifera revealed the periodical variation of upwelling intensity in the region: the upwelling intensity decreased from 1000BC to 500A.D., increased from 500A.D.to 1300A.D., and decreased again after 1300A.D.The variations of the marine environment characteristics here were associated with the forcing induced by the East Asian monsoon.

Key words     Late Holocene    sediment source    marine environment    continental shelf    Hainan Island