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甘油四醚类脂物(GDGTs)是近年来逐渐被大家认识并开始应用于环境变化研究的一类新的生物标志物,但目前它在对亚洲古季风研究具有重要意义的我国南海和黄土地区的应用十分有限,本文详细考察了与GDGTs相关的代用指标在上述地区的应用。
与类异戊二烯结构GDGTs有关的古温标TEX86L和TEX86H,分别适用于表层海水温度(SST)<15℃和>15℃的海区。但对TEX86L和TEX86H进行全球表层沉积物标定时,只有不足1/5的样品来自太平洋。本文针对该古温标在南海不同区域的应用进行了如下方面的分析研究:(1)运用覆盖南海深水区的表层沉积物对TEX86H进行了区域标定,发现南海地区TEX86H虽然也记录了0-150m真光层的水温,但与0-30m水层温度的相关性较差,倾向于记录30-125m的次表层水温;而另一有机古温标-长链烯酮对应的U37k’已被认为记录了0-30m混合层的温度,两指标记录间的差值(△TAlkenone-GDGT)又与18℃等温线确定的温跃层深度具有很好的相关性,因此我们认为至少在南海地区△TAlkenone-GDG工具有重建温跃层深度变化的潜力。运用MD972151钻孔中的TEX86H和△TAlkenone-GDGT重建的末次冰消期以来南海南部次表层水温和温跃层深度与浮游有孔虫浅水种和深水种Mg/Ca的结果具有可比性,证明我们建立的针对南海地区的标定公式能够记录次表层水温和温跃层深度的变化,使重建温跃层的多指标对比成为可能。(2)由于在浅水海域和河口地区缺乏合适的古温标,而类异戊二烯结构GDGTs又被认为广泛存在于各种环境中。本文将TEX86H古温标首次应用到南海北部沿海水域近百年来的柱状沉积物中,发现重建的SST比器测年均SST偏低,原因可能是整个真光层内产生的GDGTs都能沉降下来,沉积物中的TEX86H反映了真光层的温度,而器测记录对应0m海平面,此外,重建的SST滞后于器测记录,原因可能跟沉积柱临近珠江口,较强的水动力条件延长了GDGTs的沉降时间有关。(3)在南海北部陆坡存在受异地物质搬运影响较大的高速堆积体,为了进一步了解不同有机指标在此类海区的记录差异,本文也比较了该高速堆积体上ODP1144站位长链烷烃、长链烯酮和TEX86H的记录,发现长链烷烃的含量在MIS3和MIS4阶段异常偏高,同时U37k’计算的SST异常偏低(<20℃),明显不同于浮游有孔虫的Mg/Ca记录,而TEX86H的记录却与浮游有孔虫相似,原因可能是北大平洋深层水流将异地来源的长链烷烃和长链烯酮带入该高速堆积体,不易发生降解的两类化合物保留了异地来源的信息,而搬运过程中异地海洋古菌GDGTs可能易于降解,使TEX86H记录的异地信息不明显,这也说明在存在明显异地来源的沉积区,TEX86H可能仍然能够比较客观地反映本地海水温度的变化。
基于非嗜热泉古菌的crenarchaeol和细菌支链结构GDGTs建立的BIT指标通常被用来指示陆源有机质输入比例的变化。本文分析了BIT指标在南海不同海域的时空变化特征,发现:(1)珠江河口颗粒物中的BIT值从内河口的0.89逐渐降低到外河口的0.51,至南海北部40m水深处已低于0.2,说明珠江河口和南海北部浅水水域是陆源有机质的重要封存场所;而根据南海北部浅水水域近百年沉积柱中的BIT值和有机碳沉积速率发现半个世纪以来水生有机碳沉积通量持续增加,表明沿海水域生物泵作用加强。(2)南海深水区表层沉积物中的BIT值由于受到水生生产力偏低的影响呈现深水区高浅水区低的现象,而西南部深水区MD972151钻孔中的BIT值则从末次冰消期到全新世逐渐降低并在全新世保持稳定,基本与CaCO3含量呈反方向变化但又有差别,说明末次冰消期以来南海西南部陆架区BIT值的变化主要受海平面影响,低海平面时陆源有机质输入较多,BIT值偏高,高海平面时陆源有机质输入较少,BIT值偏低,但CaCO3含量不仅受控于陆源输入的稀释作用,还受水生生产力的影响。
通常认为支链结构GDGTs主要来源于土壤细菌,其环化程度(CBT)和甲基化程度(MBT)可以用来反映源区土壤pH值和大气温度(MAT)的变化,但目前学术界对此尚未得出一致性的看法。本文对支链结构GDGTs在南海不同区域和黄土高原塬堡剖面进行了分析,以检验其适用性。结果如下:(1)从珠江颗粒物支链GDGTs计算得出的MAT在珠江流域年均温度的变化范围内,但得出的pH值却接近于水体pH值而高于土壤pH值,因此我们推测支链结构GDGTs可能还存在水生来源,因而不利于对土壤环境信息的提取。但由于珠江流域碳酸盐出露面积较大,具有很强的酸缓冲能力,河水pH值不容易发生变化,CBT计算的pH值的趋势性变化可能仍然主要反映了土壤pH值的趋势性变化。据此,我们分析了南海北部浅水区域三个沉积柱的CBT/MBT记录,发现珠江口附近、西侧和东侧记录的近百年来的土壤pH值和MAT在数值和变化趋势上都各具特点,可能反映了不同陆源供应区土壤环境的变化特点。(2)在BIT值较低(<0.2)的南海深水区,利用CBT/MBT计算的pH值和MAT没有冰期-间冰期变化规律,表明其适用性受到限制。(3)由甘肃省临夏盆地塬堡黄土剖面中的顶部样品计算出的MAT接近于当地现代年均气温(~5℃),而末次冰期的平均MAT低于现代年均气温(~3.5℃),但全新世早期大部分样品的MAT却接近于当地的现代夏季温度,最高达17℃,如此大的温度变化实属异常,但原因尚待进一步研究,可能跟土壤水热配置条件变化导致的土壤温度对大气温度的响应不同有关。