东亚季风区晚新生代以来不同时间尺度的生物地球化学记录与气候环境变化

摘要

本次研究工作拟以黄土高原灵台黄土.古土壤序列中晚新生代以来元素碳记录及南海北部深海沉积物MD05-2905钻孔末次冰期以来有机分子化合物(生物标志物)记录，对不同时间尺度上生态系统演化及其气候环境因素进行探讨. 晚新生代以来，灵台黄土剖面元素碳含量呈现阶段性递增变化，这表明随着时间的推移火灾更为频繁和强烈，火灾阶段性增强趋势与冬季风的增强、亚洲内陆干旱化密切相关.在轨道尺度上，火灾在古土壤发育时期强度较大，黄土堆积时强度较小，反映了生物量的变化.元素碳峰值指示了强火灾事件通常发生在气候由湿润向干旱的快速转变时期.晚新生代以来，灵台黄土剖面的元素碳δ13C值反映黄土高原晚新生代以来植被以C3、C4植物混合存在，晚第三纪C3植物较多，3.6-0.64MaB.P.时段C4植物增多，0.64MaB.P.后C3略有增多，其中在S3层古土壤发育时段黄土高原中部短暂时段可能有过不稳定的森林植被.元素碳δ13C值揭示的植被变化与夏季风在相应时段的变化趋势一致.元素碳含量与元素碳δ13C值之间相互关系指示在7.2-2.6MaB.P.时段东亚冬、夏季风同步变化，在2.6-0.64MaB.P.时段东亚冬、夏季风相互消长，0.64-0MaB.P.时段东亚冬、夏季风同时增强的演化历史.晚第三纪和第四纪以来，元素碳含量记录和元素碳同位素记录均存在偏心率周期和斜率周期，而420ka以来更高分辨率元素碳含量记录显示其主导周期为38ka，元素碳碳同位素记录主导周期为23ka，这些结果表明相对高纬地区陆地生态系统演化(火灾和植物演化)所受气候影响因素类似，高纬和低纬热过程对东亚季风区对此均有影响，相对而言，火灾主要受冬季风影响，植被主要受夏季风影响.与南海相关记录对比表明，晚新生代以来元素碳含量和元素碳碳同位素变化总体趋势均较为一致，但晚第三纪元素碳含量变化趋势略呈反相关，这表明晚新生代以来东亚季风区相对高纬和低纬地区火灾和植被演化基本受控于相同的气候因素，但晚第三纪冬季风较弱，南海所受的冬季风影响与黄土区可能不太一致，区域性干旱可能对火灾的影响因素较大. 末次冰期以来，南海北部陆坡MD05-2905沉积柱状样生物标志物及其分子组合参数呈现冰期-间冰期旋回变化模式，但最大的变化发生在约14kaB.P.(融水脉冲MWP Ia时期).末次冰期27.8-14ka陆源高等植物输入、海洋生产力均较高，陆源物质输入占据了主要地位；14-8kaB.P.，陆源与海洋内生源输入快速降低，海洋内生源对沉积物中有机质的贡献相对增大；全新世8.5ka之后，陆源与海洋内生源输入均较低，但海、陆源相对贡献波动较大，海洋自生源较高时段对应冬季风增强时段.研究表明，陆源物质输入的变化与海平面的升降直接相关；而陆源营养盐的高低直接影响到海洋生产力的大小，此外，冬季风增强有利于海水混合层增层，从而增加海洋生产力.陆源植被类型参数结果表明陆生高等植被呈现冰期草本植物为主，全新世木本植物增加的趋势，与临近剖面孢粉资料一致，植被类型参数C31/C27呈现半岁差周期，与黄土剖面碳同位素记录频谱结果十分一致，印证东亚季风区陆地植受控于夏季风的影响.海洋藻类生物标志物含量显示，末次冰期以来黄绿藻是该区域主要种属，颗石藻在浮游植物群落中竞争力较低，而末次冰消期硅藻生产力增加，在融水脉冲MWPIa和Ib时期出现峰值，暗示南大洋富硅水的输入.在快速气候变化研究方面，应用分子化石长链烯酮的不饱和度获得了南海北部迄今为止有AMS14C精确测年的分辨率最高的27.8ka以来海水表层温度(SST)记录，平均分辨率200a.Uk37-SST记载末次冰期27.8ka以来最低温度为23℃(LGM)，最高温度达27℃(5.7ka)，与邻近站位温度记录较为一致.SST记录能明显识别，YD，H1，H2冷事件及DO1、DO2暖事件，在时间上与北极冰芯、中国大陆的石笋氧同位素变化对应较好.与该岩芯δ18O仔细对比，末次冰消期SST领先δ18O约400a.

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章研究区区域与气候环境概况

1中国黄土高原

2南海区域相关研究

第二章生物地球化学记录及其在东亚季风区的应用

1元素碳

2生物标志物

第三章研究材料与方法

1灵台黄土剖面

2南海深海沉积柱状岩芯

第四章元素碳与有机生物标志物定性分析

1灵台黄土样品中元素碳的拉曼光谱分析

2南海北部陆坡沉积物中生物标志物

第五章晚新生代以来灵台黄土剖面元素碳记录与气候环境变化

1晚第四纪以来黄土高原中部火灾、植被演化与气候环境变化

2晚新生代以来东亚季风区元素碳记录与气候环境变化

3元素碳记录的频谱分析及海陆沉积物相关记录的对比

4小结

第六章南海北部末次冰期以来物源输入与气候环境变化的有机地球化学记录

1南海北坡陆源有机质输入与海平面变化

2南海周边末次冰期以来植被变化

3海洋初级生产力与群落结构变化

4物源参数变化与气候环境

5南海北部海水表层温度(SST)变化

第七章结论

参考文献

致 谢

个人简历

附录

发表论文1

发表论文2