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南海东部69柱粒度分维值与气候代用指标的分形比较及其意义

章伟艳  张富元  章伟德  胡光道  卢冰  
【摘要】:目前第四纪古环境研究进入高分辨率的阶段,成为地球科学发展中的一件大事。南海沉积速率高,保存了环境变迁的连续记录,具有大洋无法比拟的环境放大效应,成为当今沉积学与古海洋学研究关注的热点之一。然而,高分辨率的研究不仅需要有完好的沉积记录,还需要高精度的测试方法。近年来,随着激光粒度分析仪的引用,分析精度高,粒度分布曲线显微变化敏感,有助于反映不同层位、不同年代的沉积环境特征,为进一步提高深海沉积环境的高分辨率提供了便利,也利于刻划短周期、超短周期气候突变事件。本文在前人工作基础上,通过对南海东部69柱样粒度数据分析表明,晚更新世以来,粒度在0.2-11 μm的标度范围内具有分形特征,粒度分维值(D)为1.72-2.02,平均1.84。不同时期粒度分维值明显不同,氧同位素1期(冰后期)为1.88,氧同位素2期(冰期)为1.81,温暖的冰后期粒度分维值高且变化幅度大,寒冷的冰期粒度分维值低且变化幅度小,表明粒度分维值对沉积物的形成环境演化具有良好的指示意义。此外,运用R/S分析法,对南海东部69柱沉积物的粒度分维值、U_37~K法计算的表层海水古温度、浮游有孔虫的δ180、δ13C及转换函数计算的冬季表层海水古温度、夏季表层海水古温度、季节性温差、沉积物SiO2、CaCO3含量9项指标进行尺度重整分析计算,得到各指标的分维值(D_H)分别为1.2855、1.1712、1.2659、1.4244、1.2719、1.2214、1.2979、1.1366、1.1609。虽然这些气候指标是用不同物理单位测量的,但分形分析可对它们进行数学比较,其中,粒度分维值与季节性温差二者的分维值(D_H)最接近,从分形理论方面进一步证实粒度分维值的变化主要反映气候的冷暖变化,获得了深海区古环境研究的替代性指标。综合粒度分维值及其他气候代用指标分析,识别出南海东部全新世以来的4次突发事件,与全新世以来发生在全球各区域的多次短期气候事件和突然变化一致,反映全新世以来气候存在着不稳定性。研究这些气候突变规律可最终为探索全球气候变化提供依据,掌握全球气候系统的突变性、敏感性和驱动机制,加深我们对南海及周边地区第四纪以来的环境变迁的理解。

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