南海东北部末次冰期以来古海流强度的重建——沉积学和地球化学方法

Paleo-current intensities is of great significance to the understanding of deep-water sediment dynamics as well as paleoceanographic changes. Unfortunately, reconstruction of paleo-current intensities has, hitherto, never been performed in the South China Sea. In the present study, sortable silt and 231Pa/230Th ratios will be measured on terrigenous sediments of sediment trap samples from the northeastern South China Sea. By fitting the dataset to in-situ measured current intensities, a numerical relationship between the in-situ measured current intensities and current intensity proxies (mean values and proportions of sortable silt and 231Pa/230Th ratios) will be achieved. The sortable silt and 231Pa/230Th analyses will also be performed on sediments from ODP Site 1144 and Core MD05-2904 to reconstruct the changes in paleo-circulation pattern and sediment dynamic in the northeastern South China Sea since the last glacial. By comparing to other paleoceanographic proxies in the northern South China Sea and the western Pacific, this study will answer what is the major mechanism triggering paleo-circulation pattern changes in the northern South China Sea. As ODP Site 1144 is located on a high-accumulation-rate sediment drift, while Core MD05-2904 is on the “normal” lower continental slope, revealing the differences of paleo-current intensities at these two sites will help understand the formation mechanism of the sediment drift.

古海流强度的变化对深水沉积动力学及古海洋学研究具有重要意义，但迄今为止南海尚未进行过古海流重建的工作。本研究拟利用南海东北部深水锚系沉积物捕集器样品开展陆源沉积可分选粉砂和231Pa/230Th比值分析，通过与锚系所获实测海流进行数值拟合，建立可分选粉砂和231Pa/230Th比值等替代性指标与实测海流间的数值关系。对南海东北部ODP 1144和MD05-2904岩芯末次冰期以来沉积物开展可分选粉砂和231Pa/230Th比值分析，将锚系获取的数值关系应用于岩芯数据，重建该海区深层环流格局及沉积动力条件末次冰期以来的变化。通过对比西太平洋和南海北部其他古海洋记录，回答造成南海东北部深层环流格局变化的机制。ODP 1144站位于东沙东南沉积物高速堆积体上，而MD05-2904则代表南海东北部正常陆坡沉积，通过对比两站位古海流强度及沉积动力条件的异同，将有助于回答东沙东南沉积物高速堆积的成因。

本项目通过对南海北部东沙东南等积体现代锚系和沉积岩芯记录展开分析，旨在建立海流强度替代性指标与实测海流间的对应性数值关系，实现南海东北部古海流重建的半定量化研究；同时重建南海东北部末次冰期以来古海流强度的变化，回答等积体沉积动力控制机制的科学问题。通过本项目在现代观测和沉积岩芯分析方面的工作，得到以下认识：（1）等深流存在且仅存在于等积体主体之上，在等积体环沟（moat）和等积体之下的深海盆地中不存在等深流。同时，发现无论是等积体主体之上还是环沟之内，其主要的沉积动力过程均由潮汐作用产生的海流控制，但二者的动力机制并不相同。等积体之上的等深流所起的作用仅为侧向搬运沉积物，与等积体的沉积作用无直接关联。此研究成果否定了沉积学领域对等深流分布和等积体沉积动力机制的传统认识，通过现代观测给出了新的证据。（2）对锚系沉积物捕集器收集的现代深海悬浮沉积物而言，无论是可分选粉砂的平均粒径、百分含量还是沉积物230Th/231Pa同位素比值，均与等深流强度的时间序列变化都不存在对应性关系，说明这些古海流强度指标在现代海洋中并不适用。（3）南海深水环流自末次冰盛期以来，共经历3个阶段的变化：末次冰盛期（~30-18 kyr）古海流强度较高，末次冰消期（18-11.8 kyr）古海流强度持续减弱，全新世以来南海海流处于较弱的状态。造成南海深层环流在末次冰消期持续减弱的原因为北极冰盖消融造成的大西洋经向翻转流（AMOC）持续增强，由于太平洋与大西洋的跷跷板效应，太平洋深层环流持续减弱，使进入南海的太平洋深层水分支也持续减弱。末次冰盛期时南海北部深层海水的分层结构较强，从末次冰消期开始，深层海水的垂向混合加强。通过本项目的研究，基本完成了项目申请时所设定的科学目标，对认识南海北部深层环流的演化历史以及等积体的沉积动力机制提供了新的科学证据。