北大西洋北部全新世氣候及海洋環(huán)境演變

1、北大西洋北部全新世氣候及海洋環(huán)境演變【摘要】：北大西洋北部海域是對(duì)全球氣候變化響應(yīng)最敏感的區(qū)域之 一,因此長(zhǎng)期以來(lái)一直是全球變化研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。冰島北部陸架 處在北大西洋冷暖水團(tuán)交匯的海域，因此對(duì)區(qū)域甚至全球海洋環(huán)境的 變化具有高度的敏感性，故近年來(lái)受到廣大研究者的普遍關(guān)注。全新 世氣候長(zhǎng)期以來(lái)被視為溫暖而穩(wěn)定，并因此導(dǎo)致了人類社會(huì)的迅速發(fā) 展。然而近年來(lái)越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)全新世氣候也存在顯著的變化 并對(duì)生活在其中的人類生存和發(fā)展有著重大的影響。本論文試圖通過(guò)對(duì)冰島北部陸架海域全新世海洋環(huán)境演變的研究，結(jié)合北大西洋北部 海域已有的全新世氣候和海洋記錄，綜合討論北大西洋北部海域全新 世氣候的演

2、變情況。本文主要以冰島北部陸架海域一個(gè)高分辨率沉積 物鉆孔（MD99-2275 孔）全新世硅藻記錄為基礎(chǔ)，結(jié)合該孔部分沉積物 浮游和底棲有孔蟲(chóng)以及磁性特征數(shù)據(jù)，詳細(xì)探討了冰島北部陸架海域 近 9000 年以來(lái)海洋環(huán)境的演變情況。研究結(jié)果顯示，冰島北部陸架海 域全新世以來(lái)海洋環(huán)境總體上呈逐漸變冷的趨勢(shì)。該海域全新世大暖期出現(xiàn)于9000 至 5300cal.yrBP 期間，在此期間，冰島北部陸架海域受 到來(lái)自北大西洋的印明格暖流較強(qiáng)的影響，而來(lái)自東格陵蘭寒流和東 冰島海流的極地水團(tuán)對(duì)該區(qū)域的影響相對(duì)較弱。在 8100-8000cal.yrBP 期間，極地冷水水團(tuán)對(duì)冰島北部陸架海域的影響突 然顯著增

3、強(qiáng)，改變了早全新世該海域溫暖的海洋環(huán)境。 在此次冷期結(jié) 束后，8000-7000cal.yrBP 期間，冰島北部陸架海域海洋環(huán)境達(dá)到了全yiT論女第表站家新世以來(lái)最溫暖的時(shí)期，印明格暖流在此期間對(duì)該海域的影響達(dá)到了 最強(qiáng)。自 7000cal.yrBP 以來(lái)，海洋環(huán)境開(kāi)始轉(zhuǎn)冷，極地冷水水團(tuán)對(duì)冰島 北部陸架海域的影響開(kāi)始有所增強(qiáng)。在中全新世(5500-5300cal.yrBP),MD99-2275 孔硅藻組合面貌和磁性特征都發(fā)生了 一次顯著的突變，這表明冰島北部陸架海域海洋環(huán)境在此時(shí)發(fā)生了一 次重大的調(diào)整。此次海洋環(huán)境的突變可能在一定程度上改變了冰島北 部陸架海域水體性質(zhì)，挪威一大西洋水團(tuán)對(duì)該海域

4、的影響可能顯著增 強(qiáng)。在此次中全新世海洋環(huán)境突變以后，冰島北部陸架海域海洋環(huán)境 開(kāi)始逐漸變冷，東格陵蘭寒流和東冰島海流對(duì)該海域的影響均逐漸增 強(qiáng)。相對(duì)于全新世大暖期，冰島北部陸架海域中全新世以來(lái)的海洋環(huán) 境變得相當(dāng)不穩(wěn)定。有孔蟲(chóng)記錄顯示中全新世以來(lái)，在4200cal.yrBP和 3000cal.yrBP 冰島北部陸架海域海洋環(huán)境還發(fā)生過(guò)兩次階梯型的 突然變冷。全新世以來(lái)，除了逐漸變冷的總體變化趨勢(shì)外，冰島北部陸 架海域還經(jīng)歷了幾次快速的變冷事件，主要發(fā)生在8120-8000,6650-6100,4300-4100,3000-2700,1300-1100 以 及600-200cal.yrBP 在

5、這些時(shí)段，東格陵蘭寒流和東冰島海流對(duì)冰島北部 陸架海域的影響突然增強(qiáng)。冰島北部陸架Kolbeinsey 海脊的隆起，使得海脊兩側(cè)海域的全新世海洋環(huán)境存在比較明顯的差異性，這表明Kolbe in sey 海脊對(duì)冰島北部陸架海域海洋環(huán)境尤其是對(duì)陸架中層和 底層水體性質(zhì)存在重要的影響。本論文在此冰島北部陸架全新世海洋 記錄基礎(chǔ)上，收集和整理了大量前人研究的北大西洋北部海域全新世 氣候和海洋環(huán)境記錄，并在此基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)北大西洋北部海域全新世海洋環(huán)境的演變及其變化機(jī)制做了綜合性的研究。總體而言，全新世以來(lái)北大西洋北部海域海洋環(huán)境的演變受北半球高緯度地區(qū)接收太 陽(yáng)輻射能量變化的影響，因此表現(xiàn)出顯著的逐漸變

6、冷的趨勢(shì)。整個(gè)北 大西洋北部海域全新世大暖期的出現(xiàn)均明顯滯后于太陽(yáng)輻射能量達(dá) 到最高值的時(shí)期，這主要與北半球高緯度地區(qū)末次冰期大型冰川的殘 留體有關(guān)。大型冰川殘留體尤其是加拿大 Laurentide 冰川主要通過(guò)影 響鄰近區(qū)域大氣環(huán)流以及大量冰川融水的涌入對(duì)北大西洋尤其是北 大西洋北部海域海洋環(huán)境有著重要的影響，從而導(dǎo)致北大西洋北部海 域全新世大暖期的顯著滯后。除此之外，北大西洋北部海域全新世大 暖期的出現(xiàn)也存在明顯的區(qū)域差異性，其中 Nordic 海南部海域，包括冰 島北部陸架海域和挪威海南部海域全新世大暖期常始于 10,000-9000cal.yrBP 而受極地冷水水團(tuán)影響較強(qiáng)烈的海域全新

7、世大 暖期的出現(xiàn)稍有滯后，出現(xiàn)于8500cal.yrBP 這與北大西洋暖水水團(tuán) 對(duì) Nordic 海域影響的方向以及相應(yīng)的海洋極鋒移動(dòng)的方向有關(guān)。在 冰島以南的北大西洋北部海域，全新世大暖期的滯后現(xiàn)象尤為明顯，主要出現(xiàn)在7500-7000cal.yrBP 這可能與早全新世期間加拿大極地水 團(tuán)以及 Laurentide 冰川冰融水對(duì)該海域的強(qiáng)烈影響有密切的聯(lián)系。 在8200cal.yrBP 一次短暫而顯著的變冷擾亂了早全新世北大西洋北 部海域海洋環(huán)境變暖的步伐。此次 8200cal.yrBP 冷期在北大西洋及其 鄰近區(qū)域都有著廣泛的記錄。雖然如此，有關(guān)此次冷期在北大西洋北部海域的涉及范圍、影響程

8、度以及持續(xù)時(shí)間目前仍不甚明了。在冰島北部陸架海域，此次 8200cal.yrBP 冷期的影響也存在一定的區(qū)域差異，yiT論女第衣站涼其中陸架東部和偏北部海域受到此次冷期的影響比較強(qiáng)烈，而在陸架西部受印明格暖流影響相對(duì)較強(qiáng)的海域，對(duì)此次短暫冷期的響應(yīng)則可能較弱。此次顯著的 8200cal.yrBP 氣候突變主要與加拿大 Laure ntide 冰川最后一次崩塌以及由此導(dǎo)致的 Agassize 和 Ojibway 冰川湖水的大 量涌出有關(guān)，北大西洋深水環(huán)流在此時(shí)受到了嚴(yán)重的影響。在中全新 世6000-5000cal.yrBP,由于受到北半球太陽(yáng)輻射能量顯著降低的影 響,北大西洋北部海域海洋環(huán)境均發(fā)

9、生了明顯的變化，并在此后逐漸變冷，進(jìn)入了全新世新冰期時(shí)期。除了太陽(yáng)輻射能量的顯著降低外，北大西洋深水環(huán)流的突然減弱也可能是啟動(dòng)北大西洋及其鄰近區(qū)域新冰 期氣候的重要因素。全新世期間，北大西洋北部海域海洋環(huán)境及其鄰 近地區(qū)氣候環(huán)境還存在著一定的周期性變化規(guī)律，主要體現(xiàn)為一些快速氣候變冷事件的周期性出現(xiàn)。這些快速的氣候變化事件主要發(fā)生在 400,1400,2800,4200,5800,8200,9300 以及10,300cal.yrBP 幾個(gè)時(shí)期。其中發(fā)生在近 9000 年以來(lái)的幾次氣候事件 與冰島北部陸架海域海洋環(huán)境的幾次快速變化基本一致。但其中于6650-6100cal.yrBP 期間發(fā)生于冰

10、島北部陸架海域的冷期目前在北大 西洋北部其他海域還未曾廣泛的報(bào)道。 本論文還通過(guò)對(duì)在 MD99-2275 孔所在位置所獲取的未擾動(dòng)表層樣品 一重力多芯鉆孔 B05-MC04 孔 沉積物硅藻的研究，定性和定量的恢復(fù)了冰島北部陸架海域在過(guò)去一 百年以來(lái)海洋環(huán)境的變化情況，以探討冰島北部陸架海域?qū)?氣候顯著變暖趨勢(shì)的響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)冰島北部陸架海域在過(guò)去一百年 期間對(duì)工業(yè)革命以來(lái)全球氣候變暖的現(xiàn)象有著明顯的響應(yīng)，表現(xiàn)在逐漸減少的海冰和極地硅藻百分含量以及逐漸上升的夏季表層海水溫 度記錄上。在此逐漸變暖的趨勢(shì)上，冰島北部陸架海域還經(jīng)歷了幾次 比較短暫但卻明顯的冷期，主要發(fā)生于 1920 年左右、

11、1960-1975 年以 及 1995-2002年。研究發(fā)現(xiàn)，這幾次明顯的冷期與北大西洋濤動(dòng)指數(shù)的 變動(dòng)存在顯著的相關(guān)性，而 1960-1975 年期間的冷期更是與上世紀(jì) 60、 70 年代發(fā)生在北大西洋海域的鹽度大異常事件有著直接的聯(lián)系。因 此我們可以認(rèn)為這些短暫的冷期主要是因北大西洋地區(qū)短時(shí)間尺度 的大氣和海洋環(huán)流系統(tǒng)的變化所引起。B05-MC04 孔沉積硅藻所重建 的該孔所在海域夏季表層海水溫度記錄與鄰近海域近一百年以來(lái)儀 器測(cè)量的海水溫度資料具有很好的一致性，因此我們認(rèn)為，利用沉積物 硅藻定量重建冰島北部陸架海域海洋環(huán)境變量的研究是切實(shí)可行的。【關(guān)鍵詞】：硅藻北大西洋北部海域冰島北部陸

12、架海域全球變化全新 世古氣候古海洋學(xué)【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)【學(xué)位級(jí)別】：博士【學(xué)位授予年份】：2008【分類號(hào)】：P736.2【目錄】：摘要 6-9ABSTRACT9-17 第一章前言 17-19 第二章北大西洋北部全新世氣候和海洋環(huán)境研究現(xiàn)狀19-292.1 全球氣候變化研究現(xiàn)狀 19-202.2 全新世氣候研究現(xiàn)狀 20-222.3 北大西洋全新世氣候研 究現(xiàn)狀 22-242.4 冰島北部大陸架全新世氣候研究現(xiàn)狀24-252.5 定量恢復(fù)冰島北部陸架古海洋環(huán)境的進(jìn)展 25-272.6 研究方案 27-292.6.1 研 究目標(biāo) 272.6.2 研究?jī)?nèi)容 272.6.3 擬解決的關(guān)鍵

13、問(wèn)題 27-282.6.4 研究方 法282.6.5 技術(shù)路線 28-29 第三章研究區(qū)域概況 29-333.1 北大西洋海 域環(huán)境概況 29-313.2 冰島北部陸架海域海洋環(huán)境 31-33 第四章資料來(lái) 源及研究方法 33-444.1研究材料來(lái)源 33-344.2測(cè)年 34-424.3沉積物 樣品實(shí)驗(yàn)室處理及硅藻鑒定 42-44 第五章冰島北部陸架全新世主要硅 藻屬種及其環(huán)境意義 44-595.1 北大西洋及冰島附近海域表層沉積硅 藻組合面貌研究44-475.2 冰島北部陸架海域主要沉積硅藻屬種簡(jiǎn)介 47-59 第六章MD99-2275 孔所在海域全新世海洋環(huán)境演變59-716.1MD99

14、-2275 孔全新世硅藻分帶及古環(huán)境解釋 59-636.1.1 硅藻 帶I(2062.5-1767.5cm,8760-7880cal.yrBP)606.1.2 硅藻帶H(1767.5-1507.5cm,7880-6910cal.yrBP)60-626.1.3 硅藻帶皿(1507.5-1177.5cm,6910-5330cal.yrBP)626.1.4 硅 藻帶W(1187.5-557.5cm,5330-2320cal.yrBP)62-636.1.5 硅 藻帶V(557.5-232.5cm,2320-630cal.yrBP)636.1.6 硅 藻 帶W(232.5-0cm,630cal.yrBP

15、-)636.2MD99-2275 孔其它沉積物指標(biāo)記錄63-676.2.1MD99-2275 全新世有孔蟲(chóng)記錄 63-666.2.2MD99-2275 孔沉 積物磁性記錄 66-676.3MD99-2275 孔所在海域全新世海洋環(huán)境演變 67-71第七章北大西洋北部海域全新世大暖期氣候71-907.1 冰島北部陸架海域全新世大暖期海洋環(huán)境71-767.2 冰島陸上全新世大暖期氣候 76-777.3NORDIC 海域全新世大暖期海洋環(huán)境 77-837.4 冰島以南北 大西洋北部海域全新世大暖期海洋環(huán)境83-887.5 小結(jié) 88-90 第八章北大西洋北部中晚全新世氣候 90-1068.1MD99

16、-2275 孔所在海域中全新 世海洋環(huán)境轉(zhuǎn)變 90-958.2 北大西洋北部海域及其鄰近地區(qū)中全新世 以來(lái)氣候變化 95-988.3 北大西洋北部地區(qū)晚全新世海洋環(huán)境 98-1048.4 小結(jié)104-106 第九章北大西洋北部地區(qū)全新世氣候周期性 變化以及快速氣候事件 106-1269.1 北大西洋北部海域全新世周期性 氣候變化以及快速氣候事件 106-1099.2 冰島北部陸架海域 (MD99-2275)全新世快速氣候事件109-1119.3 全新世氣候周期性變化 和快速氣候事件影響機(jī)制111-1139.48200CAL.YRBP 氣候事件 113-1229.4.1 冰島北部陸架海域8200cal.yrBP 氣候事件 113-1179.4.2 北大西洋北部地區(qū)其它有關(guān)8200cal.yrBP 事件的記錄 117-1199.4.38200cal.yrBP 氣候突 變的影 響機(jī)制 119-1229.5 6400CAL.YRBP 冷期 1229.6 小冰期 122-1249.7 小結(jié)124-126 第十章 冰島北部陸架海域?qū)I(yè)革命以來(lái)全球變暖的響應(yīng)126-13610.1 冰島北部陸