发布时间 : 星期六 文章海洋地质学复习 - 图文更新完毕开始阅读5e34de32ef06eff9aef8941ea76e58fafab045a6
古海洋学概述 ?
古海洋学研究方法 ? 古海洋学：生物指标 ?
古海洋学：物理和化学指标 ?
古海洋记录：第四纪海洋与冰后期海洋
1.温跃层（Thermocline）是位于海面以下100—200 米左右的、温度和密度有巨大变化的薄薄一层，是上层的薄暖水层与下层的厚冷水层间出现水温急剧下降的层。 2.大洋传送带: 将北半球高纬信息传至全球 3.ITCZ热带辐合带
4. 古海洋学产生和发展的历史过程与主要技术支撑条件？ ? 古海洋学研究的意义和价值？ ?
影响多时间尺度古海洋环境演化的主 控因素有哪些，特征如何？
1.海洋沉积物来源与组成
?Lithogenous Sediment（岩源沉积物）：由岩石风化而来，以碎屑颗粒, 陆源颗粒或火山颗粒形式进入海洋 ?
Biogenous Sediment（生源沉积物）：由海洋生物骨骼构成，包括diatom，radiolaria， forminifer（有孔虫），其中由CaCO3组成的，成为 calcareous ooze （钙质软泥）；由SiO2组成的，成为 siliceous ooze（硅质软泥） ?
Hydrogenous (authigenic) Sediment（水成（自成） 沉积物）：由溶液中直接析出或颗粒物与溶解接触后形成
全球大洋中70%的陆源物质来自西太平洋边缘
2. 在海洋沉积物的某深度处，当CaCO3的溶解速率等于其累积速率时，将不再有CaCO3保存于该深度以深的沉积物中，这个深度称为CaCO3补偿深度（CCD）。 ?
在实际工作中，由于CaCO3溶解速率与累积速率较难以获得，海洋学家经常 方便地将海洋沉积物中CaCO3含量为5%的深度定义为CaCO3补偿深度。 饱和深度— 溶解跃层—补偿深度 3.古海洋环境十大参数
?古 温 度 ? 古 盐 度 ? 海水结构 ? 海平面变化 ? 古 气 候
物质来源 ? 营养浓度 ? 生产力 ? 古海水Pco2与pH值 ? 沉积通量
古海洋学：生物指标
1.生物替代指标(Biological Proxies)
?浮游有孔虫（planktonic Foraminifera） ? 底栖有孔虫(Benthic Foraminifera) ? 放射虫与硅鞭藻（Radiolarians and silicoflagellates) ? 海洋硅藻(Marine Diatom) ? 颗石藻(Coccoliths) ? 生物标志物(Biomarkers) ?不饱和烯酮古温度计
2.浮游有孔虫：单细胞真核生物,营浮游生活, 100μm-1mm,钙质壳,现生种约40个左右, 占总有孔虫的1%；200Ma(侏罗纪)开始出现，新生代 65Ma开始繁盛,对环境变化敏感, 是研究古海洋历史的理想指标；在现代海洋中从极区到赤道按带状 分布(热带、亚热带、温带、亚极 和极区),-1.8℃—31℃；影响因素包括：温度、盐度、不同 水层的营养物质浓度、海水密度、 CO2、O2、共生生物分布、捕食、食物供应等.?
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随温度变暖，壳径变大.随生产力增高，壳径变大.pCO2越高，壳体越轻.
3. 底栖有孔虫:单细胞真核生物,营底栖生活,50μm-2mm,钙质壳或胶结壳，现生种约10000个左 右，占总有孔虫的99%,500Ma(寒武纪)开始出现;生活在所有的海洋环境中, 影响因素包括：底质、食物供应、温度、盐度、深度、O2及其与其它生物群落的相互作用等;分布模式：（1）水深分带；（2）纬度分带. 碳通量对δ13C的影响?
4. 放射虫:是海洋单细胞微体浮游动物，营浮游生活,40μm-0.4mm,硅质壳，寒武纪开始出现，现生种约400个左右.
5. 上升流放射虫指数（URI, upwelling radiolarian index）: 上升流标志种与总群落的比例 ?温跃层-表层放射虫指数（TSRI，thermocline/surface radiolarian index）： 温跃层标志种（200m水深以下）与混合层(50m水深以上）标志种的比例。
6. 海洋硅藻:硅藻是具有色素体的单细胞植物,主要营浮游生活, 10200μm,硅质壳，侏罗纪开 始出现，现生种约100000个左右，光合作用自养。
7. 生物标志物:海洋沉积物中的有机质;有机C、N含量和同位素;四醚键膜类脂物（GDGT） 8. 有机C、N含量和同位素环境意义：C/N比: 海相自生藻类 <8，陆生植物>20，比值越大陆相比例越高 (Meyers,1997)；氮同位素δ15N：陆生 植物及蓝细菌 (～ 0‰)，浮游植物 (+3‰～+8‰)，δ15N 越轻陆相比例越高。
9. 有机碳同位素δ13C：C3植物(25‰～-30‰)，C4植物 (10‰～-15‰),越偏负陆源物质输入越高。
10. 四醚键膜类脂物（GDGT）：海洋Crenarchaeota(泉古菌）,古菌（Archae）的一种,无处不在而且丰富；四醚键膜类脂物(glycerol dialkyl glycerol tetraether，GDGT)：变化的五元环， 膜脂组成有赖于温度；GDGT(I)—冷水；GDGT(II-IV)—暖；TEX86（The TetraEther Index of lipids with 86 carbon atoms）-SST。
11. 烯酮的不饱和度——古海水温度。
古海洋学：物理和化学指标
1. 碳循环替代指标（Carbon cycle Proxies） Mg/Ca与Sr/Ca古温度计(Mg/Ca and Sr/Ca paleothermometry) ? 营养替代指标（Nutrient Proxies） ? δ18O的温盐指标（Temperature and Salinity proxies: δ18O） ? 放射性同位素指标（Radioisotope Proxies） 2. pCO2升高?海洋酸化: 全球变暖的“邪恶孪生子”
工业革命以来，大气 p CO2由280ppmv增加到384ppmv, 海洋pH从8.2减 小到8.1。据预测，本世纪末海洋pH将再下降0.3-0.5——全球大洋正面临着酸化的重大危机。 ? 减弱海洋吸收大气CO2的能力，对全球变暖产生正反馈。 ?
降低海水中[CO32-]浓度，对海洋生物尤其是钙质生物的钙化、生理 等产生重要影响，引起海洋生态系统的不稳定。 3. The Carbon Isotope Proxy
Plants prefer to incorporate 12C into their tissue and will exclude 13C (13C = ~-25‰) Within the ocean:
– 6CO2 + 6H2O + light <--> C6H12O6 + 6O2 – Surface water is enriched in 13C (?13C = 1-2‰) – Deep water becomes enriched in 12C (?13C=0‰)
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4.
5. ?古海洋学研究中的生物替代指标主要有 哪些？至少掌握一种 ?
古海洋学研究中的物理和化学替代指标 主要有哪些？至少掌握一种
第四纪海洋与冰后期海洋
前第四纪古海洋记录
1.古新世-始新世最热事件（PETM）： 距今大约55.8Ma年前，在不到10ka的时间里，突然
爆发了一次严重的全球变暖事件,持续了 170ka，期间深海温度增加约5℃ ，表层海水温度增加4～8℃，大气CO2是现在的3-4倍，深海氧气含量严重降低的古新世-始新世极热事件(Paleocene-Eocene Thermal Maximum, PETM) 。
这次全球变暖事件有≥2万亿 吨的碳溶入大洋，海洋CCD上升2000米，许多物种的消亡，造成底栖生物的大改组，最为突出的是30~40%深海有孔虫类的灭亡。 2.南极冰盖的形成问题
南极海冰漂浮最早出现在中始新世（45.5Ma）
南极陆地冰川活动出现在始新世/渐新世冷事件（33.7Ma）
南极冰盖最终形成中新世：2100万年前德雷克海道的开启与南极洲的热孤立 3.西太平洋暖池的形成问题
中美海道关闭的早期证据：4.5 Ma以来加勒比海碳酸盐保存更好-通气增强- NADW增强-中美海道关闭
现代西太暖池建立于 3.6 Ma，源于印尼和中美海道的关闭。 10.6~11.5“暖池”雏形开始 ——印尼海道的关闭
3.6~4.0Ma前现代“暖池”形成 ——巴拿马地峡的关闭 4.上新世暖期永久El Nino- “超级暖池”问题 在早上新世暖期(4.5-3.0 Ma)，东赤道太平洋温跃层很深，东西赤道温度梯度仅有1.5度左右，非常类似现代El Nino事件。从而，现代强赤道东西温度梯度不是稳定而永久的特点。持续类El Nino状态，包括相对较弱的walker环流可能是全球变暖的一个结果并进一步促进全球变暖。
上新世与更新世相比：大洋温度比现在高3-4度；CO2（350-400ppmv）比工业革命前的全新世水平高30%；影响风场和热平衡的东西温度梯度减弱；太平洋温跃层更深、上升流强度减 弱；温盐环流更强（即从热带向北大西洋热传输更强）； 构造因子：巴拿马和印尼水道关闭。
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东赤道太平洋上升流地区的逐渐变冷早于北半球大冰期表明冰盖的增长及大气的影响单独不能解释上升流地区的变冷。温跃层深度/温度的变化才可能是重要原因。 早更新世1.6~1.4Ma时，赤道东、西太平洋的不对称格局最终形成。
5.中更新世气候转型(MPT) ：中更新世气候转型 (MPT)：在1250-700 ka期间，全球气候变化的主周期由40 ka转变100 ka。
冰期的海洋
1. 2万年前大冰期： 陆地1/3被冰盖覆盖；北半球冰盖厚2~3km，甚至4km； ? 海平面下降120m；年平均气温下降8o C；大气CO2浓度180ppm。 2.间冰期/冰期大气pCO2旋回形成机制 海洋呼吸CO2假说：冰期海洋储存CO2引起CaCO3 在孔隙水中溶解, 碱度增加, 推进海洋对大气CO2的吸收, 即冰期时pCO2的降低必然伴随着大洋深部[CO32-]的明显增加。 影响冰期-间冰期大气 CO2转移的主要因素并 不能简单地归因于大洋深部的[CO32-]变化，可能还受到诸如温盐环流和生物泵等效应的影响。海洋上层水体碳酸盐系统(pH、 pCO2和[CO32-]等)可能扮演重要角色。
3.推论：类ENSO过程与大气pCO2变化之间可能存在耦合关系？ 4.LGM热带西太平洋硅藻席扮演的碳汇角色 5.末次冰期D/O事件-Henrich事件
冰消期的海洋
1.新仙女木期事件（Younger Dryas Event）
2.冰消期热带西太平洋SST升高领先极地冰体积消融2-3ka
冰后期的海洋
千年尺度的气候波动，不仅出现在冰期， 也出现在间冰期和冰消期
全新世千年尺度的“准周期”事件，是 冰期Dansgaard-Oeschger事件的表现形式，只不过冰期时信号强、间冰期时信号弱而已。 ---Bond et al., 1997，Science
思考题
古新世-始新世最热事件的海洋环境特征? 南极冰盖的成因机制？
西太平洋暖池的形成过程？ 中更新世气候转型的含义？ 冰期的海洋环境特征？
冰期-冰后期的快速（亚轨道事件）气候波动？
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