南海北部陆架沉积物矿物记录的全新世东亚夏季风变化

黄 超，王 鹏, 孔德明，黄 鑫

南海北部陆架沉积物矿物记录的全新世东亚夏季风变化

黄 超1,2，王 鹏1, 孔德明1，黄 鑫1

（1. 广东省近海海洋变化与灾害预警重点实验室/广东海洋大学海洋与气象学院，广东 湛江 524088；2. 中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室，广东 广州 510301）

【目的】探讨南海北部大陆架泥质区岩芯沉积物矿物学特征与气候环境变化的关系。【方法】利用岩芯沉积物矿物学开展研究。【结果】岩芯沉积物碎屑物质主要由石英、长石、伊利石和绿泥石组成。【结论】岩芯沉积物中黏土/长石的比值是比较可靠的古气候变化代用指标，记录了研究区域过去7500年以来东亚夏季风的演变历史。7500－2000 cal yr BP期间，东亚夏季风整体上呈现减弱变化趋势，其中7500－3500 cal yr BP期间，东亚夏季风相对强盛，而3500－2000 cal yr BP期间，东亚夏季风相对较弱。

东亚夏季风；全新世；南海；矿物组成

东亚夏季风作为全球气候系统中重要的组成部分，控制着东亚地区水文和生态环境变化。“将古论今”是古气候学研究中重要的方法论，因而从相对更长时间跨度来深入探究过去气候演变的规律、特征及其驱动机制，可能有助于我们更准确预测未来东亚夏季风的演变趋势。近些年在我国东部季风区开展了大量全新世以来的东亚夏季风研究，取得比较好的研究进展。但这些研究工作主要基于大陆的湖泊、泥炭、石笋和黄土等地质载体[1-4]，而来自于海洋沉积，尤其是近海大陆架高分辨率的东亚夏季风研究相对较少[5-7]。南海作为西太平洋最大边缘海，深受东亚夏季风影响，其主要物质来源为邻近大陆的化学风化和机械剥蚀的产物[8]。矿物成分是近海沉积物陆源碎屑物质的重要组成部分，可以示踪物源区的气候环境变化，分别在南海北部陆坡[9-11]、菲律宾西部海域[12]以及印度洋盆[13]开展了比较成功的研究，揭示了研究区域夏季风的演变历史。然而，以往研究工作主要利用深海区沉积物开展较长时间尺度的气候变化，而南海北部近海陆架较少开展有关全新世以来详细的矿物学研究工作[14]。本研究以采自南海北部大陆架粤西泥质区的YJ Core岩芯作为研究对象，通过210Pb和AMS14C两种测年方法建立YJ Core岩芯的年龄–深度模式，开展详细的矿物学研究工作，分析研究区沉积物矿物成分的变化特征，并与区域已有东亚夏季风记录进行对比分析，以期利用高分辨矿物学指标揭示物源区全新世以来东亚夏季风的演变历史。

1 材料与方法

2013年7月在粤西海域近岸大陆架水深约 21 m位置（112°8.08′E, 21°31.44′N, 图1），获得长为610 cm的无扰动岩芯。

图1 YJ Core研究区域分布

利用210Pb、137Cs和 AMS14C两种测年方法建立YJ Core岩芯的年代框架。210Pb、137Cs分析测试在中国科学技术大学极地环境研究室完成。通过选取岩芯不同深度18个层位中保存完整的贝壳样品，送往美国Beta实验室进行AMS14C年代分析。根据YJ Core岩芯的18个年代结果的2σ误差范围内校正年龄的均值，利用RCore Team[15]和Bacon v2.2进行贝叶斯年代–深度模型计算得到岩芯样品的年龄[16]。最终获得的岩芯样品的平均年龄分辨率为小于35 a/样。详细的年代-深度模型见文献[17]。

冷冻干燥研磨好的全岩样品使用德国BRUKER D8 ADVANCE 型X 射线衍射仪Cu（单色）进行矿物成分的分析，其中工作电压40 kV；工作电流30 mA；扫描范围2= 3° ~ 85°；狭缝1 mm；扫描速度：4°/min，分析精度约为5%。矿物成分XRD分析在中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室完成。

2 结果与分析

YJ Core岩芯沉积物碎屑物质主要由石英、长石、伊利石和绿泥石组成（图2），也包含少量方解石、白云石等矿物成分。岩芯沉积物中石英含量的变化范围为22% ~ 62%，其平均值为41%；长石含量的变化范围为2% ~ 38%，其平均含量为13%；黏土矿物伊利石和绿泥石含量的变化范围分别为7% ~ 40%和10% ~ 26%，其平均值分别为20%和18%，且伊利石含量与绿泥石含量在整体上呈现类似变化趋势。黏土/长石的比值变化范围为0.5 ~ 7.6，平均值为3.3。岩芯沉积物中黏土/长石的比值在7500－6800 cal yr BP期间较低；在6800－3500 cal yr BP期间，黏土/长石的比值相对较高；在3500－2000 cal yr BP期间，黏土/长石的比值相对较低；近2 000 a以来，黏土/长石的比值呈现上升变化趋势。

图2 岩芯沉积物中石英、长石、伊利石和绿泥石含量以及黏土/长石比值的时间序列变化

3 讨论

3.1 沉积物矿物特征的气候环境指示意义

黏土矿物对化学风化响应灵敏，且黏土矿物主要来自于长石、辉石、角闪石和云母等矿物分解转化而成的次生矿物[18]。YJ Core岩芯沉积物中辉石和角闪石的含量非常少，表明陆源矿物经历了强烈的风化和分选[8]。因此，黏土/长石比值可用作为化学风化强度变化的代用指标[11,19-20]。此外，岩芯沉积物中黏土/长石的比值变化与岩芯化学风化记录CIA和Al/K比值的变化趋势一致（图3）[17]，进一步证明岩芯沉积物中黏土/长石的比值变化可以用来指示化学风化强度的变化，进而反映研究区东亚夏季风降水的变化。黏土/长石的比值越高，表明化学风化作用越强，从而指示强盛的东亚夏季风，反之亦然。

图3 岩芯沉积物中黏土/长石的比值、Al/K比值、CIA的时间序列变化[17]以及海平面变化[21]

3.2 沉积物矿物指标记录的全新世东亚夏季风变化

如图3所示，根据YJ Core岩芯沉积物黏土/长石的比值变化特征，我们将岩芯按照时间序列划分为4个阶段。第一阶段，7500－6800 cal yr BP，由于海平面快速上升[21]，导致黏土/长石的比值可能同时受到东亚夏季风和海平面变化的共同影响；第二阶段，6800－3500 cal yr BP，岩芯沉积物中黏土/长石的比值相对较高，表明该时期化学风化作用较为强烈，这与YJ Core 岩芯沉积物中化学风化指标CIA和Al/K比值的变化一致[17]，且该时期岩芯沉积物中的陆源输入量较高[17]，可能指示强盛的东亚夏季风；第三阶段，3500－2000 cal yr BP，岩芯沉积物中黏土/长石的比值处于最低值阶段，同时岩芯沉积物中化学风化指标CIA和Al/K比值也处于最低值阶段[17]，表明该时期化学风化作用相对较弱，可能指示较弱的东亚夏季风；第四阶段，2000－0 cal yr BP，岩芯沉积物中化学风化指标黏土/长石比值呈现上升的变化趋势，同时岩芯沉积物中化学风化指标CIA和Al/K比值也表现为增加的变化趋势[17]，可能表明化学风化作用在该时期相对增强，但Huang等研究[17]已经证明，近2 000a以来YJ Core岩芯沉积物的代用指标可能不再受气候变化的控制，而可能主要受到日益增强的人类活动影响，由于人类活动增强，在很大程度上改变了河流系统和化学风化强度变化[22-23]。因此，近2 000 a以来，YJ Core岩芯沉积物化学指标黏土/长石的比值可能主要受日益增强的人类活动影响。

如图4a所示，YJ Core岩芯沉积物中化学风化强度指标黏土/长石的比值在7500－2000 cal yr BP期间整体上呈现下降的变化趋势，指示物源区化学风化强度在该时期减弱，可能是受到逐渐削弱的东亚夏季风的影响。在我国南方地区，来自湖泊和泥炭的研究发现，在7500－2000 cal yr BP期间，东亚夏季风整体上表现为下降的变化趋势。例如，广东湛江湖光岩玛珥湖的多种生物地球化学指标的研究显示，在7500－2000 cal yr BP期间东亚夏季风逐渐减弱(图4b)[1]。类似地，大湖泥炭δ13Corg值在7500－2000 cal yr BP呈现偏重的变化，反映逐渐减弱的东亚夏季风变化(图4c)[24]。董哥洞石笋δ18O在全新世期间呈现偏重的变化趋势，表明东亚夏季风整体上呈减弱的变化趋势(图4d)[3]。Li 等[25]基于长江中下游地区三个化石孢粉的数据定量重建全新世的温度和降水变化，结果发现中晚全新世期间该区域为相对冷干的气候环境(图4e)。珠江河口多个岩芯沉积物的研究表明，东亚夏季风在中晚全新世期间呈现减弱的变化趋势。珠江河口岩芯HKUV1和B1/2沉积物中的化学风化指标K/Al和K/Rb以及黏土矿物学数据的分析表明，6800－2000 cal yr BP期间减弱的化学风化和物理侵蚀主要响应于削弱的夏季风变化[22]。类似地，珠江河口沉积物的δ13Corg和生物标志化合物单体δ13C记录显示，在6500－2000 cal yr BP期间，碳同位素值整体呈现偏重的变化趋势，反映东亚夏季风逐渐减弱[26-28]。综上所述，我国南方不同区域多种地质载体的不同指标的综合对比分析表明，在7500－2000 cal yr BP期间，东亚夏季风呈现逐渐减弱的变化趋势，这与我们岩芯YJ Core沉积物化学风化指标黏土/长石的比值所记录的东亚夏季风的变化趋势一致。

（a）YJ Core岩芯沉积物中黏土/长石的比值；（b）湖光岩玛珥湖Δδ13C31–29记录[1]；（c）大湖泥炭δ13Corg记录[2]；（d）董哥洞石笋δ18O记录[3]；（e）长江下游地区基于三个化石孢粉的数据定量重建的年降水量变化[25]

4 结论

通过对南海北部近海沉积岩芯YJ Core沉积物进行矿物成分的分析，获取该区域过去7 500 a以来的高分辨矿物学记录。研究表明YJ Core岩芯沉积物碎屑物质主要由石英、长石、伊利石和绿泥石组成，同时也包含少量的方解石、白云石等矿物成分。YJ Core岩芯沉积物中黏土/长石的比值对气候变化响应灵敏，记录了过去7 500 a以来东亚夏季风的演变历史。7500－6800 cal yr BP期间，东亚夏季风和海平面变化共同影响岩芯沉积物中化学风化指标黏土/长石的比值变化；6800－3500 cal yr BP期间，黏土/长石的比值相对较高，可能反映相对强烈的化学风化，进而可能指示该时期相对强盛的东亚夏季风；3500－2000 cal yr BP期间，黏土/长石的比值相对较低，表明东亚夏季风相对较弱。

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Variation of the East Asian Summer Monsoon During the Holocene as Recorded by Mineral Composition of Sediments from an Archive of Continental Shelf Sediments in the Northern South China Sea

HUANG Chao1,2, WANG Peng1, KONG De-ming1, HUANG Xin1

（1./,,524088,; 2,,510301,）

【Objective】This study investigates the environmental effect on mineral composition of sediments from the South China Sea (SCS). 【Method】Detailed environmental mineral study of sediments from the YJ Core derived from the northern inner shelf of the SCS was performed. 【Result】Quartz, feldspar, illite, and chlorite constitute most of the terrigenous detrital material. 【Conclusion】The ratio of clay/feldspar is sensitive to local climatic/environmental conditions. We have used the clay/feldspar of these sediments to accurately reconstruct the change of the East Asian summer monsoon (EASM) over the past 7500 cal yr BP. From 7500 to 2000 cal yr BP, the EASM exhibits an overall decreasing trend, with strong EASM during the 7500–3500 cal yr BP but weak EASM during the 3500–2000 cal yr BP.

East Asian summer monsoon; Holocene; South China Sea; mineral composition

P532

A

1673-9159（2020）04-0035-06

10.3969/j.issn.1673-9159.2020.04.006

2020-01-17

广东省自然科学基金项目（2020A1515010500）；中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室资助（OMG2019-10）；黄土与第四纪地质国家重点实验室开放基金资助项目（SKLLQG1908）；中国科学院海洋地质与环境重点实验室开放基金课题资助（MGE2019KG04）；广东海洋大学“创新强校”资助项目（230419097）；广东海洋大学科研启动费资助项目（R19007）

黄超（1988－），男，博士，讲师，主要从事地球化学与过去全球变化研究。Email：Huangchao@gig.ac.cn

黄鑫（1987－），男，讲师，主要从事海洋有机地球化学研究。E-mail：shaoshanhx@126.com

黄超，王鹏，孔德明，等. 南海北部陆架沉积物矿物记录的全新世东亚夏季风变化[J].广东海洋大学学报，2020，40（4）：35-40.

（责任编辑：刘岭）