摘要
论文目标是提高我们对印度洋东北部晚第四纪海洋环境演化的认识。通过使用几种古海洋学替代指标，包括底栖有孔虫组合分布，稳定同位素(浮游和底栖有孔虫)和一些沉积地球化学替代指标，我们对东北印度洋的生产力和底层水的通风变化以及东北印度洋的深水循环进行了研究。 印度洋底层水是全球温盐环流的重要组成部分，与南极底层水团的演化有着非常紧密的联系。在冰期-间冰期旋回中印度洋东北部深水通风的变化可为了解全球温盐环流变化提供重要信息。此外，深海是最大的二氧化碳储库，深层水体通风可以调节大气中的二氧化碳浓度变化，因此印度洋的深水通风变化也可以提供了解全球碳循环的有用信息。 底栖有孔虫被认为是海洋沉积物中常见的世界性生物，在全海洋沉积环境中具有明显的微生境分布，是深海底栖生物的重要组成部分。它们在世界大洋底部分布广泛，并且可以进行壳体地球化学测试，在碳酸钙补偿深度以上的沉积物中广泛存在，因此底栖有孔虫被广泛用于重建过去的古海洋环境变化。关于环境变化的准确信息忠实地记录在底栖有孔虫的动物群落及其壳体稳定同位素组成中。底栖有孔虫的分布和丰度受不同环境因素的影响，包括温度，盐度，氧含量和食物质量及其可利用性等。由于在不同的水团中以上因素会有明显变化，因此水团的物理化学特征与有孔虫分布关系密切。根据过去三十年的研究结果，科学家们已经发现，底层水的氧含量以及食物的质量和可用性是控制底栖有孔虫分布的主要因素。因此，表层海洋的初级生产力的变化对底栖有孔虫组合的组成和分布也有很大的影响。 研究区主要受季节性逆转的夏季和冬季表层洋流的影响，夏季(6月至9月)主要受西南季风影响，冬季(11月至2月)主要由东北季风控制。东北印度洋的表层水体具有较大的盐度梯度，温度梯度相对较小。这些较大的盐度梯度对孟加拉湾和安达曼海表层水体的物理条件有重要影响。同时该区域也是一个重要的陆源物质的汇，在西南和东北季风期间从印度半岛河流中接收到大量的淡水流入和沉积物输入。安达曼海和孟加拉湾通过几个通道相互连接，包括十度通道和DeepPrepares通道，以及通过马六甲海峡与南中国海相连。印度夏季风的强度有显著的波动变化，这些变化在夏季带来了水文循环的巨大变化。恒河，雅鲁藏布江，伊洛瓦底江和梅格纳河等将大部分季风降水输送入海，导致孟加拉湾和安达曼海的河流径流影响增加，这些河流释放约0.05Sv的淡水。通过恒河和雅鲁藏布江流入东北印度洋的沉积物超过～2×1012千克/年，相当于约10％的世界入海沉积物总量。 我们通过印度洋东北部的两个钻孔(分别位于孟加拉湾和安达曼海)底栖有孔虫δ13C和底栖有孔虫群落组合记录，分别研究了孟加拉湾5.6万年来和安达曼海全新世以来的古生产力和底层水通风变化。孟加拉湾的岩芯YDY05(9°59.12′N，90°19.14′E)长2.4米，水深约3300米，安达曼海的岩芯YDY01(97.00°E，7.44°N)长1.6米，水深近800米。YDY05和YDY01具有较高的碳酸盐含量，分别位于13％-80％和13％-45％之间。 两个岩芯的AMS14C测年在美国BetaAnalyticInc.公司完成。YDY05挑选了7个层位，YDY01挑选了8个层位的浮游有孔虫进行测试。使用BetaCal软件，利用MARINE13数据集将所有原始放射性碳日期转换为校准日历年龄，采用了400年的大气与海洋平均碳储库差异。分别对YDY05孔的52个选定样品和YDY01孔中的44个选定样品进行了底栖有孔虫定量分析。为了重建过去的生产力，每个样本的绝对个体数量被转换为相关样本中存在的总底栖有孔虫的百分比。所有在至少3个样品中相对丰度超过2％的属种数据被用来进行因子统计分析。另外还对YDY05孔进行了稳定氧碳同位素分析，分别挑选了浮游有孔虫Globigerinoidesruber和底栖有孔虫的Cibicidoideswuellerstorfi和Epistominellaexigua进行分析测试。同位素分析使用ThermoFinniganMAT253质谱仪，在中国科学院南海海洋研究所大洋与边缘海地质重点实验室进行测试。 根据测得的年代数据建立了额岩芯的年龄模型。根据年龄模型，岩心YDY05的平均沉降速率为4.92cm/kyr，并且在24.59至27.16kyr之间显示沉降速率最大，为10.69cm/kyr。YDY05岩心中最古老沉积物的年龄约为56.2kyr。YDY01在4.08kyr和4.49kyr之间沉积速率最大，为31.82cm/kyr，YDY01孔最老沉积物的年龄约为11.25kyr。 通过Q型因子分析，YDY05中近5.6万年来的底栖有孔虫群落可以划分为3个组合。这三个组合对应的因子总共解释了总方差的84.88％。其中底栖有孔虫属种Pulleniaspp.、Melonisspp.、Oridosalisumbonatus、Cibicidoideswuellerstorfi、Cibicidoidesbradyi、Uvigerinaperegrina和Epistominellaexigua的百分含量变化与几个因子载荷变化有很好的相似性。因子1解释了28.1％的总方差，在U.peregrina和E.exigua上有较高得分，该因子在27.5至12.5kyrBP之间的因子载荷较高。因子2则以Pulleniaspp.为主导，C.bradyi和C.wuellerstorfi为次要属种类群，解释了总方差的29.9％。该因子显示了Pulleniaspp.和C.bradyi组合在14.5kyrBP之后占主导地位。因子3解释了总方差的26.9％，以O.umbonatus和C.wuellerstorfi为主要属种，该组合在27.5至55kyrBP之间占主导地位。 YDY01中的底栖有孔虫组合通过Q型因子分析可以划分为三个主要组合。这三个因子解释了总方差的92.4％。因子1以U.peregrina和Textulariaspp.为主导，解释了总方差的33.9％。，该因子对应U.peregrina的高百分含量，在5kyrBP以来有较高因子载荷。因子2由Lagenaspp.和Uvigerinahispida为主导。解释了总因子方差的30.4％，这个因子在8到3kyrBP期间有较高的因子得分。因子3以Melonisbarleeanum和Globocassassululinasubglobosa为主，占总方差的28.1％，在8到11.85kyrBP期间有较高的因子得分。 YDY05孔E.exigua和C.wuellerstorfi的δ13C和δ18O值在56kyrBP以来有着明显的波动变化。C.wuellerstorfi和E.exigua的δ13C值分别在0.48‰和-0.19‰之间，-0.32‰和-1.05‰之间。总体上C.wuellerstorfi的δ13C记录始终比E.exigua的δ13C偏重。与间冰期相比，CWuellerstorfi和E.exigua的冰期δ13C值有明显负偏。C.wuellerstorfi(0.48‰，-0.19‰)和E.exigua(-0.32‰，-1.05‰)的最大和最小δ13C值分别位于6-56kyrBP以及3-20.2kyrBP。C.wuellerstorfi和E.exigua的δ18O变异范围分别在2.68‰-4.60‰和3.19‰-5.1‰之间。 根据孟加拉湾中部YDY05钻孔的底栖有孔虫群落组合及其底栖有孔虫δ13C变化，把5.6万年来的古海洋环境变化划分成3个不同阶段。结果显示冰期时的生产力要普遍高于全新世。底栖有孔虫组合变化和底栖有孔虫δ13C结果显示了在冰期—间冰期时间尺度上生产力和水体通风的紧密关联。在56-27.5kyr期间，生产力逐渐增加，优势属种Melonisspp.和O.umbonatus的繁盛与中等到高表层生产力条件对应，底层水通风为中等偏弱。27.5-15kyr期间，赤道生产力增加，同时底层水体通风减弱，也可以根据底栖有孔虫δ13C和底栖有孔虫群落得到反映;在该时期，底栖有孔虫群落的优势种为U.peregrina，这标志着在表层水体高生产力和减弱的底层水通风背景下，来自表层的植物碎屑持续不断的输送到海底。15kyr以来，高生产力标志种U.peregrina的缺乏和代表着中等—低生产力有孔虫组合的繁盛和以及较高的底栖有孔虫δ13C记录，显示出在该期间比较低的表层生产力和强烈的深层水体通风变化。 中全新世期间(～8-6kyrBP)和冰消期前期(～16-14kyrBP)δ18O的明显降低可能标志着由加强的印度西南季风降水而引起的孟加拉湾中部表层海水盐度的下降。在全新世期间同时发生的河流输入增加和海平面升高也可以根据钻孔G.ruberδ18O的低值反映出。末次冰盛期(LGM)与全新世浮游有孔虫δ18O差值(1.64‰)超过了由于冰川体积效应引起的氧同位素变化约0.42‰，推测可能是由于冰期SST降低～1.5℃以及SSS增加～0.5‰导致。钻孔中底栖有孔虫δ13C的变化以及δ13CPlaktic-Benthic偏差值变化可以解释为在冰期—间冰期期间底层水体源区的变化。冰期深层水δ13C的急剧降低可能是由于大西洋深层水(NADW)输送显著降低和含有较低δ13C值的南极底层水(AABW)进一步加强，影响到了孟加拉湾中部海域。冰期δ13CPlanktic-Benthic偏差增大，表明深水循环更加缓慢;而在全新世δ13CPlanktic-Benthic值偏低，表明孟加拉湾中部区域深层水循环加强。 通过安达曼海钻孔高分辨率的底栖有孔虫群落变化，我们识别出3个不同的古环境阶段:早全新世(11～8kyrBP)，中全新世(8～4kyrBP)和晚全新世(4kyrBP～至今)。中全新世U.hispida以及晚全新世U.peregrina高生产力代表属种的大量出现，意味着该时期表层水体生产力提高、底层水通风减弱。有孔虫群落组合在早全新世以M.barleeanum，B.aculeataandG.subglobosa为主，表示着中等的表层水体生产力和稳健的底层水通风。
NETL