南極菲爾德斯半島全新世冰水沉積物記錄的氣候環(huán)境變化研究.pdf

1、近幾十年來，南極半島區(qū)域變暖速度是全球平均速度的6倍左右，是全球氣候變化的最敏感區(qū)域。南極半島的北邊為南設(shè)得蘭群島，而菲爾德斯半島位于南極南設(shè)得蘭群島上喬治王島西南部，長約8.0km，東西寬2.5-4.5km。它的總面積約38km2，是喬治王島上最大的無冰區(qū)。在全新世期間，半島地區(qū)冰川消融，由于冰川均衡調(diào)整(GIA)作用，菲爾德斯半島相對于海平面不斷地抬升，最終形成了現(xiàn)在的無冰區(qū)。菲爾德斯半島上有豐富的古氣候研究載體，前人已經(jīng)開展了很多

2、的研究工作，然而在西海岸區(qū)域格蘭德谷的環(huán)境演變和全新世氣候變化的海洋記錄是缺失的。精準(zhǔn)的年代序列是占生態(tài)古環(huán)境變化研究的基礎(chǔ)，而南極冰水沉積由于其不穩(wěn)定的沉積物來源，建立年代學(xué)序列是一個相當(dāng)困難的問題，它直接影響到古氣候與古環(huán)境重建的可靠性，它也是沉積芯GA-2這根沉積芯長期擱置未能加以系統(tǒng)研究的原因所在。
　　本文選取菲爾德斯半島西海岸格蘭德谷沉積芯GA-2、團(tuán)結(jié)湖湖泊沉積芯T、基太克湖芯J、長湖沉積芯CH研究南極冰水沉積環(huán)境中

3、沉積物全樣放射性碳定年樣品的選擇方法，以及半島全新世以來的沉積環(huán)境和氣候的變化。選取51個湖泊表層沉積利用等值線圖研究半島上重金屬元素Cu、Zn、Pb、Ni、Cr、Cd、Co、As、Sb、Hg和營養(yǎng)元素P、Se的分布特征，分析菲爾德斯半島環(huán)境的影響因素以及環(huán)境現(xiàn)狀。
　　1.南極冰水沉積物全樣放射性碳定年樣品選擇的有效方法探索
　　南極菲爾德斯半島格蘭德谷在全新世時(shí)期是典型的峽灣冰水沉積環(huán)境。本文利用格蘭德谷谷底冰海沉積芯G

4、A-2研究冰水沉積物定年樣品的選擇，為此我們選擇了沉積芯GA-2中20個沉積物全樣進(jìn)行AMS14C定年。20個沉積物樣品的定年結(jié)果混亂。為了選擇正確可靠的定年結(jié)果，對20個定年樣品的巖性描述、沉積物的燒失量(LOI550℃)和粒度分布曲線進(jìn)行分析，最終篩選出5個準(zhǔn)確可靠層位的定年結(jié)果建立年代曲線。通過對比地球化學(xué)和地球物理學(xué)的指標(biāo)，驗(yàn)證了GA-2年代序列的正確性。根據(jù)放射性碳年代結(jié)果可知沉積芯GA-2的形成年代:6600-2000aBP

5、。進(jìn)一步總結(jié)利用巖性描述和粒度分布曲線篩選南極峽灣海洋沉積物定年樣品的基本原則，為南北極、高寒地區(qū)等復(fù)雜背景環(huán)境形成的沉積物定年樣品的選擇和定年結(jié)果的篩選提供了新的方法。最終，我們成功運(yùn)用該方法選擇了基太克湖沉積芯J，長湖沉積芯CH和北極新奧爾松沉積剖面Yn的放射性碳定年樣品，驗(yàn)證了定年準(zhǔn)則的有效性。
　　2.菲爾德斯半島格蘭德谷全新世沉積環(huán)境和氣候變化
　　格蘭德谷冰海沉積芯GA-2通過沉積物AMS14C定年確定了其年代序

6、列:6600-2200aBP。沉積芯GA-2在6600-2000aBP處于典型的南極峽灣海洋沉積環(huán)境，在該段時(shí)間里，格蘭德谷峽灣相對海平面不斷下降，海洋沉積環(huán)境呈現(xiàn)三個不同的階段性變化。通過對巖芯描述、燒失量(LOI550℃)、粒度、磁化率的進(jìn)一步分析得出格蘭德在6600-2000aBP間存在暖-冷-暖-冷的交替的氣候變化趨勢，在4600-4400aBP，由于冷-暖氣候的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致沉積速率增加，其研究結(jié)果與南極半島地區(qū)的氣候變化趨勢相對一

7、致。最后，結(jié)合前人的研究，系統(tǒng)地重建了6600aBP以來的格蘭德谷的沉積環(huán)境演變、形成以及氣候的變化趨勢。本研究為南極菲爾德斯半島歷史時(shí)期的氣候變化提供重要數(shù)據(jù)補(bǔ)充，彌補(bǔ)了西海岸沿岸氣候記錄的缺失，同時(shí)也為南極半島區(qū)域的環(huán)境氣候變化以及機(jī)制的研究提供支持，海洋沉積芯GA-2和海豹糞土沉積芯HF4對于海平面的記錄是對全新世以來相對海平面變化的重要實(shí)例論證，也為進(jìn)一步重建精確的海平面變化提供數(shù)據(jù)。
　　3.菲爾德斯半島湖泊沉積記錄的晚

8、全新世氣候環(huán)境變化初步研究
　　團(tuán)結(jié)湖沉積芯T在1.31m處巖性由泥質(zhì)沉積轉(zhuǎn)向粗砂碎石沉積，為典型的快速沉積層，利用沉積芯T中的苔蘚確定該沉積層的年代為500-600aBP，這種轉(zhuǎn)變可能由于氣候變冷，冰川前進(jìn)，帶來大量的陸源物質(zhì)輸入所導(dǎo)致，快速沉積層的形成年代與菲爾德斯半島小冰期的開始時(shí)間一致。基太克湖沉積芯J通過沉積物AMS14C定年確定了沉積物的年代序列:2900-560aBP，利用基太克湖沉積芯J的燒失量、粒度和磁化率指標(biāo)初

9、步重建了菲爾德斯半島氣候環(huán)境變化，主要分為三個主要時(shí)期:新冰期-中世紀(jì)暖期-小冰期，2900-1100aBP為新冰期，1100-650aBP為中世紀(jì)溫暖期，小冰期開始于650aBP，對應(yīng)著團(tuán)結(jié)湖沉積中寒冷導(dǎo)致的快速沉積層。首次在菲爾德斯半島的淡水湖泊沉積中發(fā)現(xiàn)了小冰期的存在證據(jù)，并且其與海豹糞土沉積、企鵝糞土沉積和海洋沉積記錄的小冰期發(fā)生時(shí)間是相吻合的，為我們對小冰期進(jìn)一步研究提供重要的基礎(chǔ)。
　　4.菲爾德斯半島湖泊表層沉積記錄

10、的重金屬元素分布特征
　　分析菲爾德斯半島的51個湖泊表層沉積樣品的10種重金屬元素Cu、Zn、Pb、Ni、Cr、Cd、Co、As、Sb、Hg和2種營養(yǎng)元素P、Se的含量，通過變異系數(shù)分析可得重金屬元素和營養(yǎng)元素已經(jīng)在半島的部分湖泊沉積里產(chǎn)生了富集，而且這些重金屬的富集主要集中在人類活動和海豹海鳥活動頻繁區(qū)域。為了可以更加直觀觀察這些重金屬富集區(qū)域的分布，利用Sufer8.0軟件繪制了元素的等值線圖，觀察結(jié)果顯示人類和海豹的活動可