晚第四纪南海边界底层古洋流的动力变化研究

Although many marine researches have indentified the effects of bottom currents on the sediment transportation in the deep South China Sea (SCS), the evolution history of the bottom currents has been little known, including the current fields and the current strength. Based on the high-quality piston cores obtained in the distal Xisha Trough where the boundary current deflects southwestward, the dynamic evolution of the boundary bottom current within the South China Sea Deep Water (SCSDW) will be rebuilt in this project. The δ13C and δ18O of Cibicidoides wuellerstorfi and the total organic carbon will be measured to get the source information of the SCSDW by compared with the δ13C∑CO2 of different intermediate/deep water masses in the Pacific Ocean. The true history of the strength variation of the boundary bottom current will be extracted according to the consistent sortable silt records present in different depositional bodies on the slope. The direction of the bottom current in different stages will be inferred according to the anisotropy of magnetic susceptibility. The integrated study of the water-mass sources and the sediment dynamics will uncover the response of the boundary bottom current to the evolution of the SCSDW and the link of the deep current systems between in the SCS and in the Pacific Ocean during the late Quaternary. This study on the dynamic history of the bottom current in this area will help interpret the sediment transport processes in the deep SCS and evaluate the influence of deep currents on the regional climate changes around the SCS.

虽然海洋地质学研究已经确认了底层洋流对于南海深海沉积物搬运的作用，但是到目前为止对于南海底层洋流的变迁历史却缺乏了解，包括底层流场和底流强度。本项目拟选择南海边界底流向南转折的西沙海槽末端为研究区，以已获取的高质量沉积柱样为基础，拟从沉积动力学角度重建晚第四纪南海深层水控制下的边界底流演变历史。通过底栖有孔虫碳氧同位素、沉积物有机碳含量测定，建立晚第四纪南海深层水δ13C∑CO2的变化历史，追踪南海深层水演变的源区变化历史。选用分选性粉砂和磁化率各向异性指标重建底层洋流动力，通过多点对比得到南海边界底层古洋流动力变化历史。根据同步获取的南海深层水源区记录和边界底流动力记录，建立边界底流对南海深层水演变的响应模式，探讨晚第四纪南海底层洋流演变与太平洋深层洋流系统之间的联系。南海边界底流的动力重建将为解释南海深海沉积物输运机制以及评价底层洋流对南海区域气候变化的影响提供基础。

本项目以已获取的两个岩芯C11和B9为研究材料，通过分析底栖有孔虫氧碳同位素、全岩沉积物元素地球化学组成、沉积物有机碳含量、陆源碎屑沉积物组分粒度参数、磁化率各向异性等指标，重建南海深层水水体演化及底层环流的动力演化历史。取得认识和成果主要如下：（1）末次盛冰期南海深层水的氧化性弱于全新世及氧同位素3期。南海深层水氧化性的变迁可能具有同步性和一致性。在1500米到2700米水深范围内，大部分沉积钻孔都记录到末次冰期沉积物相对富集U，冰后期沉积物普遍富集Mn和Mo。（2）南海深层水氧化性增强始于1.7万年。反应深层水氧化性的沉积物Mn富集因子与反应深层水营养状况的底栖有孔虫碳同位素指标具有一致性。末次盛冰期末期南海深层水的δ13C为最低，大致从1.7万以后南海深层水δ13C普遍开始抬升。（3）末次冰期旋回内南海深层水氧化-还原性质的变化特征与太平洋深层水变化一致：末次冰期最盛期和Heinrich事件1期间深层水性质偏还原性，全新世深层水性质偏氧化性。（4）约1万以后南海南部深层水氧化性快速增强，沉积物中Mn元素富集因子提高了5到10倍。全新世南海深层水氧化性的快速增强可能与南海南部海峡打开有关，南部海峡的打开可能有助于增强南海经向翻转流，提高深层水的通风速率，使深层水氧化性提高。（5）在南海南部陆坡区，底层海水氧化-还原性质的变化，可能导致沉积物有机碳保存率在冰期和间冰期存在较大的差异，沉积物Ba、Ca等生源元素的变化通量可能更能记录表层生产力变化。本项目关于南海深层水氧化性质的研究结论与浮游有孔虫Nd同位素记录的南海深层水源区演化结论一致，都认为南海深层水演化主要受控于太平洋深层水，而与根据底栖有孔虫-浮游有孔虫年龄差值得出的冰消期南海底层水受控于北太平洋中层水结论不一致。