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白令海北部陆坡23 ka以来古生产力变化及其对海冰扩张的响应

更新时间:2009-03-28

1 引言

白令海位于北冰洋和北太平洋之间,是一个受气旋、洋流和海冰等自然因素综合影响的高生产力海域,其海底沉积物中记录着丰富的海冰扩张、沉积动力、生产力和海洋环境变化信息,也是研究末次冰期以来Dansgaard-Oeschger旋回、Heinrich Stadial 1(以下简称HS 1; 17.5~14.7 ka BP,本文中年代均为日历年)、Bølling/Allerød(以下简称B/A暖期;14.7~12.9 ka BP)和新仙女木冷期(以下简称YD时期;12.9~11.7 ka BP)等短时间尺度气候事件的关键海域[1-5]。间冰期白令海古生产力较高,被认为是调控冰期/间冰期大气二氧化碳浓度的重要海域[6],尤其是在阿留申海盆东北和西北陆坡至陆架边缘的上部水体中存在一个高生产力带,被称为“白令海绿带”(Bering Sea Green Belt)[7],在全球碳循环和气候变化研究中占有十分重要的地位[8]

作为亚北极海域,白令海一方面受到海冰和大陆冰川融化所携带的冰筏碎屑的影响[9],另一方面,海冰的进退对白令海中层水的演化和海洋环境的改变起到至关重要的作用[5, 10-22]。但由于白令海碳酸盐补偿深度较浅[23],钙质生物壳体保存效率较低,年代地层框架难以建立,在一定程度上限制了白令海沉积学和古海洋学研究的发展。近年来,相关研究多集中于乌姆纳克海台、希尔绍夫海岭和阿留申海盆等海域[18-19,24-25],研究成果多针对海冰在北太平洋中层水演化的作用[11-12,15,17]及冰筏碎屑来源[9,24-30]等方面,而白令海北部陆坡的研究较少[12,31-32],尤其是关于海冰对北部陆坡古生产力变化影响的高分辨率研究更缺乏[12,32]。已有的元素地球化学、颜色反射率、有机碳/氮(以下简称TOC/TN)等指标的综合分析显示[12,24,32],白令海末次冰期以来暖期生产力较高而冷期生产力较低,在末次冰消期存在TOC含量峰值领先硅质生产力约2~3 ka的现象[12,32],有机质来源较为复杂[30,33-35],且B/A暖期存在明显的钙含量峰值事件[1,11-12,24]。自钙含量峰值事件发现以来[36],关于其成因存在多种解释,多数学者认为这可能与较高的表层生产力引起的底层水缺氧、中层水通风性减弱以及北太平洋高营养盐、低氧深层水的上涌有关[11-12,24]。由于白令海不同海域沉积环境各有不同,无法将其他海域机制简单照搬至北部陆坡,因而北部陆坡钙含量峰值事件的成因尚存在疑惑。

平时我们经常是站在麻醉医生的立场去思考怎样做镇痛管理,往往忽视了从患者或患者家属角度如何看待镇痛管理。要体现人文关怀,就一定要转换思维、立场,把自己想做一个患者或家属,从这个角度考虑怎样实施镇痛管理,这样才能真正地达到我们所说的人文关怀。从麻醉医生的角度看待镇痛管理是理性思考的过程,然而从患者或家属的角度看待镇痛管理是感性思考的过程,我们要把两者结合起来。

本文依托中国第六次北极科学考察于白令海北部陆坡ARC6-B11站(以下简称B11)取得的重力柱状岩心,依据AMS14C测年结果构建年代地层框架,采用元素地球化学、颜色反射率、粒度等沉积物分析方法,重建白令海北部陆坡23 ka BP至中全新世以来高分辨率的多指标沉积记录,以期揭示白令海陆坡区海洋生产力演化历史,并结合海冰变化讨论其对研究区海洋环境的控制和影响。

2 区域背景

白令海是连接北太平洋和北冰洋的重要海域,其北面通过白令海峡与北冰洋相连,南面与北太平洋被阿留申群岛隔开(图1)。白令海北部尤其东北部以宽阔的陆架为主要特征,中部为阿留申海盆,南部自西向东依次分布希尔绍夫海岭、鲍尔斯海岭、乌姆纳克海台,同时通过阿留申群岛内大大小小的海峡、水道与北太平洋进行水体交换。东南部的乌尼马克水道(Unimak Pass,水深小于80 m)是温暖高营养盐的北太平洋表层水进入白令海陆架的主要通道[21],其与白令海峡(水深小于50 m)一样,均受到海平面变化的影响,西南部的勘察加海峡(Kamchatka Strait,水深小于4 000 m)以及尼尔海峡(Near Strait,水深小于2 000 m)是北太平洋中、深层水进出白令海的通道[9]。白令海内存在逆时针方向的环流,其中阿拉斯加沿岸流的西北分支与阿留申北部陆坡流汇聚形成白令陆坡流,并向北以阿纳德尔流(Anadyr Current)形式经过白令海峡进入北冰洋,向南以勘察加流(Kamchatka Current)形式沿西南方向通过勘察加海峡流入北太平洋(图1)。由于白令海峡处仅存在自白令海输入北冰洋的阿纳德尔流和阿拉斯加沿岸流,因此白令海水团结构主要受太平洋水团的影响[2]。白令海自10月份起开始出现浮冰,在冬季逐渐扩张,翌年3月/4月多可扩张至陆坡处而达到最大范围,之后海冰逐渐融化,在6月/7月几乎无海冰覆盖[22]

育空河为白令海沉积物中陆源物质的主要来源,其输入的物质占据白令海河流供给物质的2/3以上[37]。现代调查结果显示,自育空河河口至白令海盆,沉积物粒度逐渐变细,其中河口以砂质沉积物为主,浅海陆架区主要为砂质粉砂和粉砂质砂,陆坡至海盆主要分布粉砂和砂质泥、泥等[38]。南部的阿留申群岛为阿留申海盆提供了一定量的火山物质,可能对白令海北部陆坡产生一定的影响。

3 研究材料及方法

3.1 研究材料

本文研究的重力柱状样B11是2014年中国第六次北极科学考察于白令海北部陆坡水深1 530 m处取得,岩心全长6.15 m(图1,表1)。样品岩性较均一,多为灰绿色至灰黑色砂质粉砂、粉砂。根据岩性及沉积物色度特征差异,将B11岩心自上而下分为3层,其中0~120 cm层为灰绿色砂质粉砂,颜色反射率参数a*值(以下称为Colour a*)较低;120~340 cm层为灰色泥和粉砂,层内纹层状沉积层比较发育,Colour a*较高,127~135 cm处存在明显的沉积纹层;340~615 cm层为灰绿至灰黑色砂质粉砂和粉砂互层,Colour a*较低(图2)。各沉积层沉积物特征详见图2。本文也尝试结合SO202-18-3、SO202-186以及U1340等岩心的年代地层模式和PC-23A等岩心的沉积物CaCO3含量及微体古生物数据,重建白令海北部陆坡23 ka BP以来古海洋环境的演化历史。所参考岩心的站位信息及选用的数据见表1。

2.1 两组患者一般临床资料比较 冠心病组与非冠心病组在年龄、绝经年龄及冠心病危险因素(如体质指数、体表面积、吸烟、高血压及糖尿病史)方面差异均无统计学意义(均P>0.05)。见表1。

  

图1 白令海地理位置、洋流系统及岩心位置示意图Fig.1 Map of Bering Sea with the current circulation patterns and the coring locations洋流流系、冬季海冰边缘线及河流输入方向据文献[39]重绘。红点圆点代表本文研究站位B11,黑色圆点代表本文涉及的岩心站位;蓝色虚线为冬季海冰边缘线;绿色实线代表河流输入方向;黑色实线箭头指示表层洋流流向,黑色虚线箭头代表深层流流向;AC.阿纳德尔流, KC.勘察加流,AP.阿姆克塔水道,AS.阿姆奇特卡海峡,BP.布尔迪尔水道, KS.勘察加海峡,NS.尼尔海峡,UP.乌尼马克水道The current, winter sea ice cover margin and the river input direction are redrew according to reference [39]. Sediment Core B11 is marked by the red dot, black dots indicate reference records to this study. Dashed blue line indicates the winter sea ice cover extent. Green line indicates the river input direction. The surface and deep circulation patterns are indicated by the black and dashed arrows, respectively. AC. Anadyr Current, KC. Kamchatka Current, AP. Amukta Pass, AS. Amchitka Strait, BP. Buldir Pass, KS:Kamchatka Strait, NS. Near Strait, UP. Unimak Pass

 

表1 B11岩心及本文所涉及的其他岩心的信息

 

Tab.1 List of the studied and collected cores

  

站位位置经纬度水深/m所用数据来源B11白令陆坡60.28°N,179.59°W1530XRF,有机碳/氮,粒度,颜色反射率本文PC-23A白令陆坡60.16°N,179.46°W1002CaCO3含量文献[11]SO201-2-77KL希尔绍夫海岭56.93°N,169.88°E1780CaCO3含量文献[24]GC-11鲍尔斯海岭53.52°N,178.85°E3060CaCO3含量文献[2]UMK-3A乌姆纳克海台54.84°N,170.22°W1892CaCO3含量文献[3]HLY0202-51JPC乌姆纳克海台54.55°N,168.67°W1956硅藻相对含量文献[18]SO202-18-6白令陆坡60.13°N,179.44°W1107地层年代文献[13]SO202-18-3白令陆坡60.13°N,179.44°W1111地层年代文献[13]U1340鲍尔斯海岭53.40°N,179.52°W1340地层年代文献[20]

  

图2 B11岩性柱状图及各层位沉积特征Fig.2 Lithology and sediment characteristics of the Core B11

3.2 分析方法

[16] Zheng Y, Geen A V, Anderson R F, et al. Intensification of the Northeast Pacific oxygen minimum zone during the Bölling-Alleröd Warm Period[J]. Paleoceanography, 2000, 15(5):528-536.

(2)XRF元素扫描:采用瑞典COX公司生产的X射线荧光岩心扫描仪,按1 cm间隔完成了元素地球化学含量扫描测试,本次工作主要采用其中Ca、Al、Si、Ti等元素的含量开展古生产力分析等。

(3)沉积物粒度分析和冰筏碎屑含量:对沉积物岩心每5 cm取样,获取样品124个。取约0.3 g样品依次装入离心管中,加入15 mL浓度为15%的双氧水溶液和2 mL浓度为1%的焦磷酸钠溶液静置12 h,再于85℃水浴锅内加热2 h以去除有机质;冷却后加入5 mL浓度为10%的稀盐酸溶液,静置12 h以去除钙质生物,离心后加入20 mL浓度1 mol/L的碳酸钠溶液,在85℃水浴锅内加热4 h后去除硅质生物。对处理过后的样品离心3次,使用英国Malvern公司生产的Mastersizer 2000型激光粒度仪进行粒度分析,仪器检测范围为0.02~2 000 μm,测量准确性99%,重复性误差小于0.1%。冰筏碎屑(Ice-Rafted Detritus,IRD)是指通过海冰或冰山等搬运方式输入海洋,并沉积于海底的陆源碎屑物质,多发现于极地和亚极地地区,是研究海冰和冰山进退的常用替代指标[40]。目前,IRD含量的测定方法主要有两种,一种为过筛冲洗法,一种为粒度分析法。两种方法各有优劣[41],本文拟采用粒度分析法并分别选取大于0.125 mm和大于0.250 mm粒度数据作为IRD含量的替代指标。

(4)颜色反射率测定:使用Minolta CM 2000光谱光度计对剖开岩心按1 cm间隔进行沉积物反射光谱测定,获得其特征参数,本文主要选取参数a*b*进行讨论。

(5)沉积物有机碳/氮分析:对沉积物岩心每5 cm间隔取样,获取样品124个。样品冻干后研磨至200目,取1~3 g粉末原样,加入过量1 mol/L盐酸溶液超声波3 h,直至无气泡产生。除去无机碳后先用去离子水清洗,再用锡舟包裹约80 mg干燥样置入德国Elementar公司生产的Vario EM Ⅲ型元素分析仪对样品进行TOC、TN含量分析。C/N比值为TOC与TN的比值。标准样重复分析表明,TN、TOC测试数据相对标准偏差低于2%。

上述沉积物分析测试工作,除AMS14C测年外,均在国家海洋局海洋沉积与环境地质重点实验室完成。

除B11岩心外,本文还参考PC-23A、SO201-2-77KL、GC-11、UMK-3A、HLY0202-51JPC(以下简称51JPC)、SO202-18-6、SO202-18-3、U1340(图1)等岩心的部分研究数据进行对比分析,各站位信息见表1。

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表2 B11岩心AMS14C测年数据及日历年校正结果(日历年校正采用Calib 7.0.2软件根据Marine 13曲线完成浮游有孔虫ΔR=300±50[12])

 

Tab.2 AMS14C dating data and the calendar age (calendar age conversions were performed using Marine 13 by softwareCalib 7.0.2planktonic foraminifer ΔR value is 300±50[12] )

  

层位/cm属种AMS14C年龄/a日历年/aΔR值δ13C值/‰38~40U.peregrina7470±307007980-0.752~54U.peregrina8210±307694980-160~62U.peregrina8490±307975980-0.8120~121B.aculeata13440±50137511150-3.2155~156E.excavatum14180±40147791265-2.3200~202E.excavatum14280±50149131265-2.8245~247E.excavatum14560±50150241265-3.0380~382E.excavatum16050±50171861265-2.4501~503Nps19910±7023162300-5.8

4 结果

4.1 年代框架与沉积速率

为了防止双向调压井内水过快排空,可考虑关闭系统尾阀,但尾阀关闭过快,将导致尾阀进口产生较大的关阀水击压力,而且管线末端将出现汽化现象,所以拟在事故停泵后,两阶段关闭尾阀。阀门特性曲线选用等百分比特性曲线。事故停泵30秒后开始动作,30~90 秒关闭 70%,90~390秒全部关闭。事故停泵后,泵出口阀的关闭规律仍为两阶段关阀:0~11.7秒关80%,11.7~90秒全部关闭。

如图3所示,B11岩心的沉积速率变化较大,上部(0~120 cm,对应于全新世)和下部(大于340 cm,对应于末次盛冰期)沉积速率较低,多低于21 cm/ka,中部(120~340 cm,对应于冰消期)沉积速率高,多大于60 cm/ka,最高可达212 cm/ka。由于岩心顶部的年龄不确定,下文的讨论主要针对有年龄控制点的38~503 cm部分展开。

  

图3 B11岩心年代框架及沉积速率Fig.3 Age-depth model and the sedimentation rate

  

图4 B11岩心多种生产力替代指标的变化Fig.4 Downcore variation of paleoproductivity proxies in Core B11曲线a~f分别代表B11岩心中Ca/Ti比值、TOC含量、TN含量、C/N比值、Si/Al比值、Colour b*,曲线g为北格陵兰冰心氧同位素曲线[43],灰色阴影区域代表钙含量峰值时期,灰色阴影加白色横纹区域代表沉积纹层时期(与MWP 1A时期大致重合),虚线限制区域代表快速气候变化事件时期,箭头指示各指标的变化趋势,倒三角指示位置为AMS14C定年点a.Ca/Ti, b.TOC, c.TN, d.C/N, e.Si/Al, f.Colour b*, respectively. g is the NGRIP δ18O record[43]. Grey shadow area indicates the calcium carbonate peak period, grey shadow with white line area denotes the sediment lamina (consisted with the MWP 1A period), the area limited by the dashed line represents the rapid climate change periods, the variation pattern of the proxies are indicated by the arrows and the inverted triangles denote the AMS14C dating points

  

图5 B11岩心粒度和IRD指标的变化Fig.5 Downcore variation of grain-size and IRD in core B11曲线a~g分别代表B11岩心中Ca/Ti比值、黏土含量、粉砂含量、砂含量、IRD(大于0.125 mm)含量、IRD(大于0.250 mm) 含量、XRF扫描Fe元素数据,曲线h为北格陵兰冰心(NGRIP)氧同位素曲线[43],各虚线阴影指示意义同图4a.Ca/Ti, b.Clay, c.Silt, d.sand, e.IRD(>0.125 mm), f. IRD(>0.250 mm), g.Fe(XRF), respectively. h. NGRIP δ18O record[43]. The meaning of the grey shadow area and the others are the same as Fig. 4

4.2 总有机碳、总氮等指标变化

TOC和TN为古生产力的常用替代指标,但是在使用过程中要注意排除陆源有机质的干扰[42]。B11岩心沉积物中TOC、TN含量分别在0.4%~1.6%、0.08%~0.18%之间,二者具有良好的相关性(图4b,图4c)。二者含量在23.0~17.0 ka BP时期保持稳定下降趋势,仅在19.0~18.0 ka BP时期存在短暂的上升,自17.0 ka BP时期,TOC、TN含量快速升高并维持含量的峰值至14.0 ka BP,但在14.0~13.0 ka BP时期存在一次异常的低值现象,此后二者均在YD事件至中全新世时期保持平稳的波动。C/N比值与TOC含量变化趋势较为一致,范围在6~10之间,平均约为8.5。其中在23.0~17.0 ka BP时期C/N比值较低,维持在7附近,在17.0~13.0 ka BP时期,C/N比值升高,大多数介于8~10之间,平均约为9.1。13.0 ka BP以后,C/N比值在6.5~11.0范围之内波动,波动范围较大(图4d)。

4.3 粒度特征

B11岩心沉积物粉砂粒级百分含量变化较为稳定,始终维持在63%附近(图5c),而黏土和砂粒级百分含量存在明显变化(图5b,图5d)。其中,黏土粒级百分含量在23.0~17.0 ka BP时期不低于20%,呈缓慢降低趋势,而在17.0 ka BP快速上升,并维持高值至13.0 ka BP,此时其含量最高可达45%,自13.0 ka BP黏土粒级百分含量快速下降,进入全新世其含量保持在15%以下;砂粒级百分含量在23.0~17.0 ka BP时期维持上升趋势,并在17.2 ka BP前后达到峰值,含量最高可达38%,而后又迅速下降,在16.0 ka BP时期达到最低,砂粒级含量仅约1.6%,15.0 ka BP以后含量短暂回升,在13.5 ka BP附近达到峰值,含量约为15%。13.0 ka BP以后,砂粒级含量缓慢上升,并在全新世维持稳定。IRD (大于0.125 mm)含量与砂粒级含量趋势类似,不同的是IRD(大于0.125 mm) 含量更低,并且在23.0~21.0 ka BP时期含量保持在低值状态,在1%以下,自21.0 ka BP开始,IRD (大于0.125 mm) 含量迅速升高,并在17.2 ka BP时期达到峰值,含量约为10.6%,且在16.0~15.0 ka BP时期含量近似为0(图5e)。IRD (大于0.250 mm) 含量存在4个峰值,分别位于20.0 ka BP、18.0 ka BP、13.5 ka BP以及11.7 ka BP前后,其含量较低,均不超过1.6%,大多数层位在0附近(图5f)。

4.4 XRF元素扫描数据及颜色反射率数据特征

[12] Kim S, Khim B K, Uchida M, et al. Millennial-scale paleoceanographic events and implication for the intermediate-water ventilation in the northern slope area of the Bering Sea during the last 71 kyrs[J]. Global & Planetary Change, 2011, 79(1/2):89-98.

元素扫描数据显示,Fe元素相对含量与黏土含量存在较好的相关性,在23.0~17.5 ka BP时期逐渐下降,在17.0~14.5 ka BP时期存在峰值,而后自14.5 ka BP逐渐降低,在12.0 ka BP以后维持在低值状态(图5g)。Si/Al元素比值和Colour b*数据类似,均在13.5~7.0 ka BP时期快速升高,而在23.0~13.5 ka BP时期较低,尤其是17.0~13.5 ka BP时期(图4e,图4f)。Ca/Ti元素比值数据与Si/Al元素比值数据变化趋势类似,不同的是Ca/Ti元素比值在14.2~13.4 ka BP时期存在明显的钙含量峰值事件,且钙质生产力在全新世的增长不如硅质生产力明显(图4a)。在钙含量峰值事件发生的同时,B11岩心中伴生有沉积纹层(14.2~13.8 ka BP)。

5 讨论

5.1 末次盛冰期(23.16~17.5 ka BP)

相比于过筛分析法,粒度分析法在获取IRD含量数据时取样量较少(多低于2 g),且无法测定大于2 mm的粒级数据而可能存在一定的偏差。但是由于粒度分析法在实验前处理过程中,有效的去除了生物成分的干扰,其测定的数据相对精确[41]。虽然浮冰和大冰块、冰山等都可搬运砂粒级以上的碎屑颗粒,但是浮冰搬运大多以小于0.250 mm粒级为主,而大冰块、冰山等多以大于0.250 mm粒级为主,因而可以分别采用大于0.125 mm和大于0.250 mm粒度数据作为反映IRD来源的替代指标[46]。陆相植物和海相植物的组成成分存在较大差别,一般来说,海相有机质C/N比值在5~7之间,而陆相有机质C/N比值大于20,因而C/N比值可作为判断沉积物中不同来源有机质贡献的指标[47]。此外,在低有机碳含量的情况下,沉积物中的黏土物质会吸附无机氮从而拉低C/N比值,同时早期成岩作用也会对C/N比值造成一定的影响[48]

自23 ka BP开始,B11岩心中砂粒级含量以及IRD(大于0.125 mm)含量逐渐升高,表明白令海海冰的南向扩张,二者变化与鲍尔斯海岭GC-11和GC-13孔IRD含量变化保持一致[27]。不同的是,反映大冰块或冰山进退的IRD(大于0.250 mm)数据在23~21 ka BP时期基本为0,而在21~17.5 ka BP时期存在两个明显的峰值(图5d、图5e、图5f),指示了两次明显的冰山消融事件,说明自21 ka BP起IRD的输送模式发生了转变。砂粒级组分含量以及IRD(大于0.125 mm)和IRD(大于0.250 mm)含量数据说明,随着末次盛冰期北半球温度的降低,白令海海冰覆盖范围逐渐南移,并逐渐靠近陆坡。硅藻Thalassiosira antarctica的休眠孢子(以下简称T. antarctica RS)在白令海研究中用作指示常年冰边缘的替代指标[49]T. hyalina通常用来作为开阔水体的指示种[50],而Pennate benthics生长于在常年冰之下,可以在冰架等作用下从浅水海域携带搬运至陆坡海盆地区,因而可以作为陆架冰搬运作用的指示种[18]。末次盛冰期乌姆纳克海台51JPC孔T. antarctica RS含量逐渐升高,与B11孔中IRD(大于0.125 mm)含量的变化趋势类似,IRD(大于0.250 mm)含量的两个峰值也与Pennate benthics百分含量数据相呼应,而T. hyalina含量在此时较低(图6d、图6e、图6f),表明白令海内广泛存在的海冰覆盖[18],有效地印证了上述推断。南向扩张的海冰的季节性消融为白令海北部陆坡带来丰富的砂粒级组分和IRD,二者含量的提高使得沉积物中黏土粒级物质的含量降低。现代表层沉积物调查数据显示,白令海陆坡黏土粒级物质含量在8%~14%之间,低于末次盛冰期20%的黏土含量[38],这可能与末次盛冰期海平面较低,河流输送距离较长使得粗颗粒物质较早沉降有关。而XRF扫描获得的Fe元素数据显示,在末次盛冰期其含量逐渐下降并与沉积物中黏土数据变化趋势保持一致,二者具有良好的相关性,陆坡处Fe元素可能主要来自河流输送的细粒矿物中。

[33] 胡利民, 石学法, 刘焱光,等. 白令海西部柱样沉积物中有机碳的地球化学特征与埋藏记录[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2015, 35(3):37-47.

5.2 HS 1时期(17.5~14.7 ka BP)

HS 1初期(17.5~17.0 ka BP)白令海北部陆坡砂粒级含量和IRD(大于0.125 mm)含量达到峰值,而IRD(大于0.250 mm)含量基本为0(图5d、图5e、图5f),表明此时扩张的海冰已经达到陆坡边缘[26],与希尔绍夫海岭以及西北太平洋IRD记录保持一致[24,52]。17.0 ka BP以后,砂粒级含量和IRD(大于0.125 mm)、IRD(大于0.250 mm)含量全都接近于0,可能是海冰消退并无IRD物质沉降,也可能是此时海冰已全面覆盖白令海陆坡,因而没有了砂粒级和IRD物质的存在。北格陵兰冰心氧同位素曲线显示,此时北半球温度较低,同时依据TEX86指标重建的白令海22 ka BP以来的表层海水温度数据显示,17.0 ka BP以后白令海表层海水温度降至最低[21],季节性海冰逐渐转变为常年冰[18],浮冰甚至可以影响到阿留申海盆[30],以上证据说明此时海冰继续向南扩张,白令海陆坡已被常年冰覆盖(图7b)。乌姆纳克海台51JPC孔中T. antarctica RS含量和Pennate benthics百分含量均在HS 1时期存在峰值,且T. hyalina含量基本为0,也可证实上述观点(图6b、图6c、图6d)。

  

图6 白令海沉积记录及其与硅藻数据的对比Fig.6 Sedimentation records of the Bering Sea, and the comparison with the diatom dataa为北格陵兰冰心δ18O变化[43],b、c分别为B11岩心IRD(大于0.125 mm)和IRD(大于0.250 mm)粒度数据;d、e、f分别为HLY0202-51JPC岩心T. antarctica RS含量、T. hyalina含量以及Pennate benthics相对含量数据[18],g为相对海平面变化[51]a. δ18O of NGRIP[43], b, c represents grain size data of IRD(>0.125 mm), IRD(>0.250 mm)of B11, respectively, d, e, f repre-sents relative contents of T. antarctica RS, T. hyalina, Pennate benthics, respectively[18], g. relative sea-level changes[51]

  

图7 白令海北部陆坡末次盛冰期—全新世不同气候时期物质供应和海洋环境模式Fig.7 Paleoceanographic models of Bering Sea since Last Glacial Maximum to Holocene缩略图为陆坡剖面水域水深图,灰色条带代表冬季海冰覆盖区域,灰色方形代表浮冰,蓝色实线为海平面,红色圆点为钻孔位置,右上角圆圈的粗细代表白令陆坡流的强弱,左上角虚线长短代表陆上径流强弱。a-e分别代表自末次盛冰期至全新世的模式图The lower left thumbnail represents the bathymetric chart of the profile. Grey bar represents the sea ice cover area. Grey square represents the floating ice in winter. Blue solid line is the sea level. Red dot is the location of B11. The length of the upper left dotted line means the strength of the overland runoff. The thickness of the right circle indicates the strength of the Bering Slope Current. a to e indicates the models from Last Glacial Maximum to Holocene, respectively

Ca/Ti比值与Si/Al比值、Colour b*数据在此时同时下降达到低谷(图4a、图4e、图4f),说明常年冰的覆盖使得此时白令海北部陆坡生产力达到低值,这与白令海其他海域生产力在此时的降低保持一致[24,32]。与之相反的是沉积物中TOC和TN含量在此时快速增长并达到峰值,且C/N比值数据同时升高(图4b、图4c、图4d),TOC含量这一异常增高的现象在白令海陆坡以及希尔绍夫海岭处均有所发现[12,24,32],有学者认为这是由于颗石藻的爆发引起的TOC含量增加,而颗石藻壳体在埋藏过程中溶解[24]。也有学者认为,TOC含量的增加是由于陆上径流以及潮汐、洋流相互作用冲刷陆架沉积物所带来的陆源有机质的影响[12]。然而,上述两个观点均无法得到白令海陆坡以及乌姆纳克海台等地海冰记录的证实[18]。从本文数据来看,在TOC和TN含量的峰值时期,沉积物粒度数据显示黏土含量在此时也达到峰值。较新的海平面数据显示,HS 1时期全球海平面开始缓慢上升(图6g),海冰覆盖面积向陆架方向扩大(图7b),海冰作用加强,可能将陆架沉积物搬运至白令海陆坡。现代调查数据显示,白令海陆架外缘与陆坡海域沉积物粒度组成相似,而陆坡海域沉积物中黏土粒级物质含量较低[38]。北冰洋的研究表明,在海冰形成的过程中,陆架上冷咸的富氧水团可以夹带陆架上富黏土悬浮体从大陆边缘下沉,进入陆坡和深海盆[41]。海冰作用所带来的陆架相对富黏土的砂质粉砂以及富黏土悬浮体物质的补充,使得此时陆坡沉积物黏土粒级组分含量升高。乌姆纳克海台底栖硅藻Pennate benthics含量的增大表明存在类似的沉积作用现象,而白令海陆坡HS 1时期沉积物中存在的陆架底栖有孔虫E. excavatum的存在也可证实这一观点。黄元辉等[53]通过对白令海陆坡B5-7孔表层沉积物中硅藻属种的分析指出,白令海陆坡存在沉积物的再沉积作用。同时,本文数据显示HS 1时期白令海陆坡年代框架稳定,并无倒转以及浊流沉积相的出现,在生物生产力较低且海冰长期覆盖的情况下,此时较高的沉积速率可能由于陆架冰作用以及海冰引起的高浓度黏土悬浮体的沉降作用形成(图2,图3)。高浓度悬浮体不仅将黏土物质大量沉降至白令海陆坡,同时携带了陆架海域中的陆源有机质以及黏土粒级物质中丰富的含Fe矿物,造成HS 1时期白令海陆坡沉积物中较高的有机碳、C/N比值和Fe元素含量,但此时海冰的覆盖使得Fe元素并未对生产力起到决定作用。

5.3 B/A暖期(14.7~12.9 ka BP)

进入B/A暖期,白令海沉积物中砂粒级组分与IRD(大于0.125 mm)含量率先升高,而后砂粒级组分和大于0.125 mm IRD、大于0.250 mm IRD含量均达到峰值,其中以大于0.250 mm IRD含量峰值最为明显,表明此时白令海北部陆坡海冰范围北移,研究区受到海冰和大冰块、冰山等的影响,海冰的融化带来一定的粗颗粒物质。海冰形成时导致的高浓度黏土悬浮体顺坡搬运作用减弱,而砂粒级组分含量和IRD含量的增加使得沉积物中黏土粒级含量下降,同时伴随有Fe元素含量的降低。B/A暖期海平面的升高导致乌尼马克水道的打开,北太平洋水团活动加强[2],温暖的北太平洋水团通过阿拉斯加沿岸流穿过位于阿留申群岛的各个水道进入阿留申海盆,以白令陆坡流的形式逆时针穿越白令海,加快了海冰覆盖范围北移[18,54]。乌姆纳克海台硅藻数据显示T. hyalina含量快速上升,而T. antarctica RS含量快速下降,证明了此时白令海内海冰的快速北移[25, 55],原来被海冰覆盖的陆坡变为开阔海域[18](图6b,图6c,图6d,图6e,图6f,图6g,图7c)。

Si/Al比值与Colour b*数据显示,B/A暖期白令海北部陆坡硅质生产力快速上升。白令海陆坡浮游有孔虫氧同位素数据显示,在B/A暖期发生了明显的氧同位素负偏现象,这可能与融冰水脉冲事件(Melting Water Pulse 1A (14.2~13.7 ka BP))带来的大量陆上淡水有关[2]。夏季,融冰水的注入同时会带来丰富的陆源营养物质,是此时白令海海洋生产力增高的原因之一(图4e,图4f)[1, 12,24]。除了来自陆架的营养物质之外,富营养盐的北太平洋深层水通过勘察加海峡进入阿留申海盆后在白令海陆坡发生上涌,带来丰富的营养物质[56]。图4数据显示,B/A暖期白令海陆坡存在明显的Ca/Ti比值峰值和Si/Al比值等的快速上升,此时白令海陆坡钙质生产力和硅质生产力均较高,但沉积物中TOC等含量反而存在低值(图4a,图4b,图4c,图4e,图4f)。C/N比值显示此时白令海陆坡有机质仍然属于混合来源,与HS 1时期较低的生产力对比,此时降低的TOC含量应为陆源供给有机质。

B/A暖期钙含量峰值事件在白令海内诸多海域广泛存在,本文分别选取前人于白令海北部陆坡[11],希尔绍夫海岭[24]、乌姆纳克海台[3]以及鲍尔斯海岭[36]4个站位获得的沉积物碳酸钙含量数据与本文指标进行对比分析(图8),对比结果显示各海域出现钙含量峰值事件的时期较为一致,均发生在约15.0~13.0 ka BP,但钙含量峰值事件的持续时间以及峰值大小存在差异。其中位于希尔绍夫海岭、鲍尔斯海岭、乌姆纳克海台的S0201-2-77KL、GC-11、UMK-3A岩心碳酸钙含量较高,希尔绍夫海岭处钙含量峰值时期沉积物中碳酸钙含量甚至大于25%,而位于白令海北部陆坡的PC-23A岩心钙含量峰值时期沉积物中碳酸钙含量最低,仅约为7%(图8b,图8c,图8d,图8e)。

图8水深数据显示,各参考岩心水深范围从1 000~3 100 m不等,在钙含量峰值事件时期岩心中均大量出现的钙质有孔虫壳体表明白令海的碳酸盐补偿深度(CCD)可能加深至3 100 m以下,钙质生物壳体可以得到有效保存。Gorbarenko等[2]通过对位于鲍尔斯海岭的GC-11岩心中浮游有孔虫含量的统计发现,B/A暖期阿留申海盆沉积物中浮游有孔虫壳体数量较大,且浮游有孔虫Globigrina bulloides相对含量的升高伴随着Nps相对含量的降低。作为亚极地种,G. bulloides大量出现与阿拉斯加沿岸流输入的增加紧密相关,因此鲍尔斯海岭钙含量峰值的产生应该与阿拉斯加沿岸流的增强引起的白令海钙质生产力的爆发有关。Okazaki等[3]认为乌姆纳克海台钙含量峰值事件除了受到CCD加深的直接影响外,颗石藻的爆发是又一重要因素。Rella等通过对白令海陆坡PC-23A岩心的研究指出,B/A暖期北太平洋中层水的减弱以及白令海陆坡通风条件的变差导致了钙含量峰值事件的发生[11]。镜下观察显示,从HS 1至B/A暖期,沉积物中底栖有孔虫含量逐渐升高,且壳体溶蚀作用逐渐减弱,这一现象在钙含量峰值时期达到最强。镜下观察结果与其他海区岩心中有孔虫相对含量比较发现,其他海区有孔虫优势种为浮游有孔虫Nps(GC-11中G. bulloides丰度也较高),而B11岩心中底栖有孔虫含量最高,浮游有孔虫多为Nps,但含量并不如底栖种丰富(表2,图2)。PC-23A岩心中虽未进行有孔虫丰度数据的对比,但对浮游和底栖有孔虫氧、碳同位素均进行了分析,表明该孔中底栖有孔虫含量应当不低,因而CCD深度的增加在白令海北部陆坡钙含量峰值事件中应当起到决定性作用,浮游有孔虫生产力起到的作用较弱。镜下观察显示,与鲍尔斯海岭相比,钙含量峰值时期白令海陆坡未发现明显的G. bulloides丰度的增加,相比鲍尔斯海岭阿拉斯加沿岸流对白令海陆坡钙质生产力的影响相对较弱。在B/A暖期,沉积纹层的出现表明白令海陆坡底层水环境实现了氧化到还原的突然转变,水体通风环境的变差对钙含量峰值事件的产生可能起到一定的作用。此外,作为钙质生产力中不可忽视的一种,颗石藻在钙含量峰值事件中起到的作用也不可忽视,需要进一步的研究。

  

图8 白令海多站位碳酸钙含量对比Fig.8 Comparison of calcium carbonate content at sites of Bering Sea岩心编号下侧为取样站位的水深值,灰色阴影区域代表钙含量峰值时期Below the core is the water depth, gray shadow area indicates the calcium carbonate peak period

5.4 YD时期至中全新世时期(12.7~7.0 ka BP)

YD时期,北半球温度降低,季节性海冰的扩张使得白令海北部陆坡砂粒级组分、大于0.125 mm IRD和大于0.250 mm IRD含量快速升高,而黏土粒级含量持续下降。进入全新世后三者含量保持稳定,说明中全新世以前白令海北部陆坡海冰分布状态较为稳定(图5b,图5c,图5d,图5e,图5f)。YD时期以后白令海陆坡沉积物中黏土粒级含量维持在15%左右(图5c),表明陆源细粒物质供给形式自YD时期之后并不存在明显的变化。由于海平面的持续上升,更多的白令海陆架被海水淹没,白令海水文环境与近代几乎相同,王春娟等[38]研究表明在洋流的作用下,白令海陆坡细粒黏土物质受到洋流的冲刷而再悬浮随洋流搬运带走,使得沉积物中黏土含量降低。

Si/Al比值和Colour b*数据显示,白令海陆坡硅质生产力在YD时期快速上升,进入全新世以后硅质生产力保持稳定,而Ca/Ti比值数据表明钙质生产力在YD时期并未明显变化,仅在中全新世存在缓慢上升趋势(图4a,图4e,图4f)。

6 结论

(1)23 ka以来,白令海北部陆坡海洋生产力在冷期较低而暖期较高,其中B/A暖期存在沉积纹层和钙含量峰值事件。沉积物中TOC和TN含量受陆源有机质的影响较大,并不能作为白令海北部陆坡古生产力的替代指标。

(2)末次盛冰期白令海北部陆坡海冰覆盖范围逐渐南移,并在HS 1时期形成常年冰覆盖,B/A暖期海冰迅速消融、北移,在YD时期存在短暂扩张后直至中全新世一直保持相对稳定状态。

(3)白令海北部陆坡陆源碎屑物质供给主要受到海平面、海冰以及河流、洋流等作用的控制,其中末次盛冰期主要受到低海平面和海冰南向扩张的影响;HS 1时期海冰形成过程产生的富氧水团控制下的高浓度黏土悬浮体对细粒物质含量峰值的产生起到重要作用,而常年冰的覆盖使得沉积物中砂粒级和IRD含量形成低值时期;B/A暖期和YD时期,季节性海冰的扩张和消融引起砂粒级含量的短暂回升;进入全新世以后海洋环境的相对稳定使得陆源碎屑物质供给状态保持稳定。

由于管道容量的限制,加拿大西部石油精选价格(WCS)——即加拿大油砂在加拿大阿尔伯塔省哈迪斯市(Hardisty,albery)的交货基准价格——与美国西德克萨斯轻质原油(WTI)的交易价格差距大幅扩大,近几周WCS的价格低至20美元。

(4)碳酸盐补偿深度的增加对白令海北部陆坡钙含量峰值事件的产生起到了决定性作用,水体通风条件的改变可能起到一定的作用,但也不能忽视颗石藻对其产生的潜在影响。

目前,国内外铝合金薄壁件的理论模型中,Altinas等[1]在考虑轴向、切向、径向切削力对切削系统稳定性的基础上,建立相关动力学模型。GonZalo等[2]以切削最优、提高工件表面精度为目的,利用有限元手段,模拟铝合金薄壁结构件的铣削过程,以获得不同阶段的切削动态特性。浙江大学董辉跃等[3-4]则通过用有限元手段,研究装夹对薄壁工件切削加工系统的影响。

致谢:感谢中国第六次北极科学考察的科考队员为本文样品采取所付出的辛勤劳动,感谢国家海洋局海洋沉积与环境地质重点实验室所提供的技术支持以及所有为本文实验处理过程中提供帮助的实验人员,特别感谢同济大学肖文申老师,尤其是各位审稿专家对本文提出的宝贵意见。

在进行评价时,既要求教师对学生所讲述的时事新闻有全面的了解,掌握最新动态,又要求教师能够客观准确地进行分析评价,能够对学生进行有效的引导。开展时事新闻评论活动,要求教师平时要关注国内外新闻、关注社会热点问题,深入思考,这样教师在回答学生的疑问时才能做到游刃有余。“教与学最本质的、最有决定意义的关系是相长,即相互促进。”[3]时事新闻评论是促进教学相长的助推器。这一教学环节使得课堂教学双向互动过程更加积极有效。学生能够参与到课堂教学中来,能够分享所见、所感、所思,使学生从被动接受转变为主动参与,不仅提升了学生的知识水平,而且锻炼了他们的语言表达能力和组织协调能力。

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一定时期内传统产业对一国经济发展起着支撑作用,发达国家也不例外.下面以日本、瑞典为例分析传统产业发展的国际经验.

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阿姆斯特丹原意堤坝,顾名思义,是一个建在堤坝上的城市。由于绝大部分地区都在海平面以下,因此也堪称“海底城市”。12世纪晚期,阿姆斯特丹还只是一个小渔村。17世纪,荷兰的商船从阿姆斯特丹开往波罗的海、北美洲和非洲以及今天的印度尼西亚、印度、斯里兰卡,由此构建了世界贸易网络的基础,一跃成为欧洲最大的贸易港。如今,阿姆斯特丹已经成为欧洲第四大航空港,也是世界著名的国际大都市。作为当前荷兰第一大城市,历经了从渔村到大都市的发展过程,走过辉煌,也经受世界大战的洗礼和被破坏,从一定程度上,它的历史也是荷兰历史的一个缩影。

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【结论及解释】臻臻同学认为固体酒精不是固态的酒精,因为酒精的熔点为-114.1℃,在常温下不可能为固态。

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通过对XRF元素扫描获得的元素Ca、Si相对含量在经Ti、Al标准化后的分析可以定性评估海洋生产力的变化趋势,其中Ca/Ti比值可以用作沉积物中生物成因碳酸钙的替代指标[24],Si/Al比值可以用作硅质生物生产力生源蛋白石(Opal)的替代指标[13]。Colour a*表示沉积物色度,负值方向代表绿色,正值方向为红色,Colour a*值增大代表沉积环境偏氧化[44],本文中依据Colour a*值变化与岩性将岩心划分为3段,详见图2。颜色反射率参数b*(以下称为Colour b*)的正负分别代表蓝色和黄色,值的增大多认为可代表硅质生产力的升高[45]

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因此,当我们谈论“学生画得是否应该像老师”这个话题时,我们必须明确一个范围:什么样的学生?准备做什么的学生?

(1)AMS14C测年:由于白令海碳酸盐补偿深度较浅[23]、陆源物质的稀释作用[39]等原因,B11岩心沉积物中有孔虫含量较低且不连续分布,本文选取9个有孔虫丰度达标层位,分别挑选壳体直径大于125 μm的浮游种和大于250 μm的底栖种作为测年材料(表2)。除501~503 cm层位处挑选浮游有孔虫Neogloboquadrina pachyderma (sin.)(以下简称:Nps)壳体作为测年材料外,其他层位均选择底栖有孔虫属种进行年代测定(表2)。每个测年样品的有孔虫壳体总质量在7~30 mg之间,分析测试由BETA Analytic Inc., Miami实验室完成,测年结果详见表2。

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教师结合函数动点问题提出该图中共有几个动点?学生在回答两个动点后教师再次提问:动点引发的变量有哪些,不变量有哪些?并将对应线段的长进行表示。这时学生可较好地明确,该问题的变量主要为OQ、QA、OP以及PB线段的长度,不变量为∠BOA的大小、△AOB各角的角度以及△AOB实际面积等。其主要作用是让学生自主完成两个以及两个以上的问题,使学生进行自主学习,并让学生更好地对问题中的各种数据信息进行分析与处理,为了解函数问题中变量与不变量创建条件。

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对处理所得样品在显微镜下观察发现,B11岩心沉积物中浮游有孔虫含量较低,多以底栖有孔虫为主,仅在501~503 cm层位处大量赋存浮游有孔虫Nps。底栖有孔虫优势种在不同层位有所不同(图2),其中在38~62 cm层位处以U. peregrina为主,120~121 cm层位处除了存在大量B. aculeata之外,还赋存有大量钙质薄壳有孔虫G. pacifica,由于其壳体较薄而易碎,未选为定年材料;在150~380 cm层位处,Elphidium占据优势,其中以E. excavatum为主,另部分层位存在一定含量U. peregrinaB. aculeataB. pacifica等种。因此,B11岩心的年代框架主要依据底栖有孔虫的AMS14C测试结果建立。由于不同时期白令海的碳储库、底层水与表层水的年龄差之间存在差异,在日历年校正时对ΔR值的选取主要依据前人的研究而定。38~40 cm、52~54 cm、60~62 cm层位ΔR值依据白令海陆坡S0202-18-6岩心150~152.5 cm层位处底栖和浮游有孔虫通风年龄680 a计算所得,而120~121 cm层位ΔR值依据SO202-18-3岩心542~544 cm层位通风年龄850 a计算所得[13],由于其年代限制,底部层位ΔR值依据鲍尔斯海岭处U1340岩心165.5 cm层位底栖和浮游有孔虫通风年龄890 a计算所得(U1340岩心使用碳储库年龄为375 a)[20]。B11岩心测年数据的日历年校正结果见表2。

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一是总量控制。将排污总量和减排目标分解落实到排放责任主体。二是严格入河排污口监管。将入河排污口监管责任分解落实到各河道保洁责任段的河管员和巡查人员。三是实施排污口的集中整治。在饮用水水源地保护区范围和引清通道内全面关闭入河排污口;将塘桥、杨舍、凤凰镇区的18个入河排污口统一接入污水管网,并将达标尾水排污口由张家港河搬迁至走马塘。四是强化污染源监测。建造了203套废水在线监控系统,并定期对入河排污口排水水质取样监测。五是强化社会监管措施。对非法排污实施有奖举报,聘请志愿者和义务监督员加强巡查和监督。

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虽然末次盛冰期沉积物中营养元素Fe含量较高,但Ca/Ti比值与Si/Al比值、Colour b*数据显示末次盛冰期白令海北部陆坡钙质生产力和硅质生产力均较低,这可能与北格陵兰冰心记录的北半球温度较低,以及逐渐南移的海冰造成的海水吸收太阳辐射量降低有关(图4a、图4e、图4f)。此外,由于此时海平面较低,乌尼马克等水道的关闭阻碍了北太平洋水团进入,白令陆坡流较弱,来自北太平洋的营养盐较少也限制了白令海陆坡生物生产力[24](图6g,图7a)。虽然此时沉积物中TOC和TN含量存在下降的趋势,但是C/N比值数据在7~8之间,表明受到陆源有机质的影响,并且C/N比值数据与TOC以及黏土含量显示了较强的相关性,黏土矿物中吸附的无机氮可能拉低了C/N比值。早期成岩作用也会对C/N比值数据产生一定的影响,使得C/N比值数据偏低,沉积物中陆源有机质还可能主要来自冰山作用所带来的沉积物和基岩中的古老有机质[33],因而此时的TOC数据并不能作为反映海洋生产力的有效指标[33-35]

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宋腾飞,王宏雷,陈漪馨,李朝新,朱爱美,白亚之,石学法,GorbarenkoSergei,BosinAleksandr,刘焱光
《海洋学报》 2018年第05期
《海洋学报》2018年第05期文献

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