论文部分内容阅读
日本海是西北太平洋封闭程度最高的一个边缘海,位于东亚季风气候区,横跨温带和寒带两个气候带并以高“海槛”、发育季节性海冰、深层水和纹层沉积为显著特征,是研究东亚古环境和古气候演化的关键海区之一。目前日本海接受来自河流、风尘、海冰输运的陆源碎屑和火山物质。本文通过对日本海西部沉积岩心LV53-18-2的沉积学、元素地球化学和同位素研究,阐述了末次冰期以来研究区沉积物的主要来源和搬运动力,分析了控制碎屑物质来源的主要因素,探讨了物源演化所指示的古气候意义。本文建立了LV53-18-2岩心3万年以来的年代地层框架,分析了393个沉积物粒度(全样)、132个主微量元素样品(<63μm)和31个Sr-Nd同位素样品(<63μm),采用主成分分析、端元分析等统计方法,重建了3万年以来日本海西部海冰、底流活动和陆源碎屑的演化历史。LV53-18-2沉积岩心的变化总体上可分为30～15 ka、15～8 ka和8～0 ka三个变化阶段。在30～15 ka,与海冰活动相关的粒度端元(40～160μm)含量及其沉积通量逐渐降低,这也与元素因子F3(Zr和Hf)含量变化相似,指示研究区海冰活动不活跃。与底流活动相关的粒径端元指标EM1(2～20μm)含量和因子F4(S和Mo)显示研究区底流活动明显受海冰活动的控制,季节性海冰高强度活动时段底流活动增强,而常年冰出现时期(HS1)水体通风明显减弱。稀土元素δEu异常介于1.0～1.2之间,表现出弱正异常,表明沉积物中可能存在年轻火山物质的贡献。化学蚀变指数(CIA)介于55～64之间,表明此时沉积物源区为弱风化。主微量元素散点图和Sr-Nd二端元混合模型(εNd介于-5.09～-4.05之间,87Sr/86Sr介于0.708164～0.711713之间)显示,沉积物组分由火山-东北沙地(科尔沁)二端元混合而成,此时段沉积物组分主要来自东北沙地(科尔沁)。在15～8 ka,研究区存在强烈海冰活动,大量IRD的沉积影响了底流指标的有效性,而因子F4(S和Mo)含量指示15 ka之后水体通风状况明显改善。δEu整体介于1.05～1.2之间,属于弱正异常,CIA介于54～58之间,指示风化程度较上一阶段明显减弱。主微量元素散点图和Sr-Nd二端元混合模型(εNd介于-4.48～-3.80之间,87Sr/86Sr介于0.707683～0.708634之间)显示此时段沉积物组分明显区别于末次冰期,沉积物中火山成分有所增加。8 ka之后,粒度和元素地球化学指标显示此时段海冰活动明显减弱,底流指标EM1和因子F4(S和Mo)含量指示5 ka之后水体通风增强至现代水平。δEu存在显著正异常(1.2～1.4),CIA介于52～57,指示沉积物风化程度很弱。主微量元素散点图和Sr-Nd二端元混合模型(εNd介于-3.16～-2.45,87Sr/86Sr介于0.706347～0.707147)显示此时段沉积物中火山物质的比重明显增加。在末次冰期晚期-冰消期早期(30～15 ka),低日射量和强盛东亚冬季风(EAWM)盛行,日本海西部海冰活动较弱,与盐析相关的底流活动也相应减弱,此时陆源碎屑主要来自强盛EAWM控制下的东北沙地(科尔沁),IRD输入量和火山物质均有限。在末次冰消期晚期-早全新世(15～8 ka),受强盛EAWM和强化东亚夏季风(EASM)的影响,大量IRD的输入显著影响了沉积物组成,此时来自东北沙地(科尔沁)的物质含量减少,海冰搬运的弱风化物质明显增多。中全新世(8 ka)以来,EAWM明显减弱,同时伴随高温对马暖流的输入,沉积物IRD含量降低。此时沉积物中东北沙地(科尔沁)物质供给显著降低,同时火山物质比重明显提高,指示日本海西部利曼寒流发育,将上游火山物质输运到研究区。3万年以来日本海西部物源主要由东北沙地粉尘、海冰搬运的近岸物质和火山物质组成,东北沙地(科尔沁)物质比重逐渐降低而火山物质贡献增加,IRD在15～8 ka具有突出贡献,海平面变化、东亚季风和对马暖流是影响日本海西部海冰、底流和物源演化的主要因素。