重建西北冰洋晚第四纪的古海洋与古气候演变历史

根据中国北极科学考察在北冰洋所采取的表层样和浮游拖网样中微体生物化石，氧碳同位素，镁钙比值，以及沉积学和地球化学分析结果与海洋环境参数之间的关系研究，建立指示海洋环境变化的多种替代性指标。在此基础上，通过北冰洋岩芯样的综合研究，建立北冰洋晚第四纪的年代地层和古环境剖面，用多种替代性指标进行古海洋与古气候的系统分析，研究上层海洋对晚第四纪冰期与间冰期旋回的响应与反馈，表层波弗特环流与中深层水团的演化历史，冰筏与区域冰盖的变化历史，古生产力与营养物质的演化记录，白令海峡开启与关闭的海洋学效应等。对比北极陆地与海洋的古气候记录，探讨北冰洋晚第四纪的演变过程及其对北极冰盖的响应与反馈，理解和认识其演变的动力机制及其对全球气候变化的影响，揭示北冰洋在全球气候变化中的重要性。

在全球变暖背景下北极气候变化深刻影响着北半球地区的气候变化。了解北极地质历史时期的气候变化指导我们对未来气候变化的预期。然而对北极的古气候变化研究受到恶劣地理环境、古环境替代性指标缺失等多方制约，研究程度较低。本项目对中国第1-5次北极科学考察在北冰洋采集的18个岩芯及167个表层样等共计3163个样品进行了多项指标研究。样品涵盖了西北冰洋浅水陆架区至北冰洋海脊、海台，以及深海盆地等区域，处于不同的沉积环境和洋流模式，且对周边陆地、冰川等环境参数变化敏感。通过这些样品分析获得了西北冰洋区域近现代沉积规律和晚第四纪以来不同时间尺度的古海洋古气候记录，重建了晚第四纪以来研究区域古海洋与古环境演化历史。取得的重要成果包括：1.马克洛夫海盆现代浮游有孔虫以Neogloboquadrina pachyderma (sin.)(Nps)占绝对优势，其主要生活在水深50-100 m的上部盐跃层中；Nps-δ18O和-δ13C值在水体中的分布与盐跃层相关。2.表层沉积物中Nps-δ18O和-δ13C研究结果显示海冰覆盖的北冰洋中心区其较浅的生活水深，这与叶绿素最大值深度有关；而在陆架边缘Nps生活水深相对变深，与营养盐再矿化的深度一致。3.表层样沉积物中类异戊二烯和支链GDGTs浓度分布以楚科奇海和波弗特海陆坡为界线，呈现南高北低的特征，与水体生产力和陆源有机质输入量有关。4.楚科奇外海数个冰筏碎屑高峰来源不同，其中碳酸盐碎屑来源于加拿大北极群岛，可以追踪到整个西北冰洋；而硅酸岩碎屑与欧亚的输入源有关，这反映了环北极冰川的不稳定性，和与今不同的北冰洋环流模式；暖期和冰消期Nps-δ18O和-δ13C显著偏轻指示了整个北冰洋重要的融冰水脉冲式排放。5.门捷列夫-阿尔法脊陆源沉积物中未被分选的双峰态细粉砂和粗砂组分在冰期/冰段/冰消期增加指示来自于北冰洋海岸带的海冰筏碎屑；被流所分选的细粉砂组分可能反映了少冰条件下沿着脊两侧深部流的搬运；间冰期/间冰段显著增加的单峰态粘土组分指示了暖期近底部雾状层搬运/涡流迁移的贡献。6.北冰洋陆坡至海盆沉积物颜色旋回与Mn和Mo含量变化高度相关，指示了氧化-还原环境变化；从陆坡至海盆深褐色沉积物中Mn含量逐渐降低，反映了Mn主要为陆源；Mn的沉积受海平面变化、河流等陆源输入，以及海洋通气状况影响，因此可用来指示冰期/间冰期变化。