留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

南海中沙海域表层沉积物浮游有孔虫的分布特征及其指示意义

刘时桥 陈万利 张木辉 陈靓 张经纬 陈俊锦 秦永鹏 吴时国

刘时桥,陈万利,张木辉,等. 南海中沙海域表层沉积物浮游有孔虫的分布特征及其指示意义[J]. 海洋地质前沿,2022,38(9):13-25 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.312
引用本文: 刘时桥,陈万利,张木辉,等. 南海中沙海域表层沉积物浮游有孔虫的分布特征及其指示意义[J]. 海洋地质前沿,2022,38(9):13-25 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.312
LIU Shiqiao, CHEN Wanli, ZHANG Muhui, et al. Distribution of planktonic foraminifera in surface sediments and its environmental implication in the Zhongsha waters, South China Sea[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(9): 13-25 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.312
Citation: LIU Shiqiao, CHEN Wanli, ZHANG Muhui, et al. Distribution of planktonic foraminifera in surface sediments and its environmental implication in the Zhongsha waters, South China Sea[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(9): 13-25 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.312

南海中沙海域表层沉积物浮游有孔虫的分布特征及其指示意义

doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.312
基金项目: 海南省海洋地质资源与环境重点实验室开放课题(HNHYDZZYHJKF017);中国地质调查局项目(DD20191027);海南省自然科学基金联合项目(2021JJLH0047,420LH021);中国石油天然气股份有限公司科技项目“塔西南坳陷及麦盖提斜坡石油地质条件研究与目标评价”(kt2021-02-02);海南省自然科学基金项目(422QN353)
详细信息
    作者简介:

    刘时桥(1990—),男,工程师,主要从事海洋区域地质调查研究工作. E-mail:823810405@qq.com

    通讯作者:

    陈万利(1990—),男,博士,主要从事岛礁碳酸盐岩台地沉积学及声学结构探测研究工作. E-mail:chenwl@idsse.ac.cn

  • 中图分类号: P736.22+1;Q915

Distribution of planktonic foraminifera in surface sediments and its environmental implication in the Zhongsha waters, South China Sea

  • 摘要: 对南海中部中沙海域海底采集的93个表层沉积物样样品进行浮游有孔虫的鉴定分析,获得13属28种浮游有孔虫,依据其中20个主要浮游有孔虫属种的Q型因子分析结果及其抗溶性和生活的气候地带特征,共划分出3个浮游有孔虫组合(占解释总方差的92.3%),包括抗溶性不同的2个热带组合和1个温带-亚热带组合。易溶性的热带组合以Trilobatus sacculifer-Globigerinoides ruber为代表,主要分布于碳酸盐岩台地斜坡区和海岭区。抗溶性热带组合主要以Globorotalia menardii-Pulleniatina obliquiloculata为主,主要分布在中沙海槽和南海深水海盆区。温带-亚热带组合以Globigerina rubescens为代表,主要分布在中沙碳酸盐岩台地北部斜坡区。研究发现,本区浮游有孔虫的分布主要受海水深度控制,而不同温盐性质水团的入侵影响也不容忽视,其中,Globigerina rubescens在中沙碳酸盐岩台地北部斜坡区的富集就是响应研究区以北低温高盐水团的佐证之一。同时,浮游有孔虫的相关分布特征(丰度、简单分异度、碎壳率和易溶种/抗溶种)进一步指示研究区的碳酸钙溶跃面约为2 750 m,碳酸钙补偿深度约为3 400~3 700 m。
  • 图  1  研究区区域地质概况

    (a)南海地区地形地貌及表层流流向(黑色箭头指示冬季表层水流向,红色箭头指示夏季表层水流向[25])(b)中沙海域地理位置及表层取样站位(黑色圆点为表层取样位置,红色方框为后文数据成图范围)地形数据来源于NOAA公开卫星数据(https://www.ngdc.noaa.gov/mgg/bathymetry

    Figure  1.  Regional geological overview of the study area

    图  2  中沙海域夏冬季表层海水温度、盐度分布

    (a)夏季表层海水温度;(b)冬季表层海水温度;(c)夏季表层海水盐度;(d)冬季表层海水盐度粉红色边界为现代环礁范围,数据来源于World Ocean Atlas 2018(1955—2017年)

    Figure  2.  Surface water temperature and salinity in summer and winter in Zhongsha Islands waters, South China Sea

    图  3  表层沉积物中常见浮游有孔虫属种

    白色线为200 μm的比例尺,a-Globorotalia menardii,b-Globigerinoides ruber,c-Trilobatus sacculifer,d-Pulleniatina obliquiloculata,e-Globigerinella aequilateralis,f-Globigerina rubescens,g-Orbulina universa,h-Globigerinoides conglobatus,i-Globorotalia tumida,j-Globigerina bulloides,k-Globigerina calida,l-Globorotalia truncatulinoides

    Figure  3.  Major planktonic foraminifera species in the surface sediment

    图  4  中沙海域浮游有孔虫属种结构组成

    Figure  4.  Composition of major planktonic foraminifera species in the Zhongsha Islands waters, South China Sea

    图  5  浮游有孔虫相关参数平面分布及其随水深变化

    (a)丰度;(b)简单分异度;(c)碎壳率

    Figure  5.  Distribution of relevant parameters of planktonic foraminifera in surface sediments, and the variations with water depth

    图  6  研究区常见种属百分含量分布图

    (a)Globorotalia menardii;(b)Trilobatus sacculifer;(c)Globigerinoides ruber;(d)Pulleniatina obliquiloculata;(e)Neogloboquadrina dutertrei;(f)Globigerinella aequilateralis;(g)Globigerina rubescens;(h)Orbulina universa;(i)Globigerinoides conglobatus;(j)Globorotalia tumida

    Figure  6.  Percentage distribution of common foraminifera species in the study area

    图  7  浮游有孔虫Q型因子分析的主因子载荷平面分布图

    Figure  7.  Distribution of maximum variance scores of the principle factors obtained from Q-mode factor analysis of planktonic foraminifera

    图  8  研究区常见浮游有孔虫属种与环境要素间冗余分析

    Figure  8.  Redundancy analysis (RDA) showing the relationships among the key planktonic foraminifera species and abiotic factor

    图  9  浮游有孔虫中易溶种/抗溶种比值随水深变化

    Figure  9.  The ratio of tropical dissolution-susceptible and dissolution-resistant planktonic foraminifera versus water depth

    表  1  研究区浮游有孔虫常见属种分布特征统计表

    Table  1.   Distribution characteristics of modern major planktonic foraminifera species in the study area

    /%
    常见属种百分比范围平均值
    与水深关系不同分布区的百分含量平均值
    盆地海槽
    海岭
    台地斜坡
    Globorotalia menardii5.80~37.6515.4126.3018.7815.6711.08
    Trilobatus sacculifer2.21~21.7115.1712.7113.2515.3716.42
    Globigerinoides ruber3.50~28.0012.947.4510.5614.2615.74
    Pulleniatina obliquiloculata2.77~30.1311.0116.8211.6111.659.79
    Neogloboquadrina dutertrei0.00~20.349.0610.938.729.148.29
    Globigerinella aequilateralis0~12.285.075.285.254.395.02
    Globigerina rubescens0~30.004.941.474.524.906.93
    Orbulina universa0~10.464.401.894.204.354.59
    Globigerinoides conglobatus0~11.894.242.713.933.255.36
    Globorotalia tumida0.48~18.043.174.875.002.401.95
    注:↑代表正相关;↓代表负相关。
    下载: 导出CSV

    表  2  浮游有孔虫因子分析属种的最大方差因子得分

    Table  2.   Scores of maximum variance factors in factor analysis of planktonic foraminifera in the study area

    属种主因子1主因子2主因子3
    Globorotalia menardii-0.332 273.550 390.261 12
    Trilobatus sacculifer2.718 1-0.075 74-0.119 17
    Globigerinoides ruber2.144 81-0.659 510.961 96
    Pulleniatina obliquiloculata0.360 211.428 31-0.294 12
    Neogloboquadrina dutertrei0.923 670.526 54-0.165 94
    Globigerinella aequilateralis0.378 64-0.085 62-0.182 37
    Globigerina rubescens-0.830 83-0.433 423.889 42
    Orbulina universa0.405 99-0.458 52-0.409 4
    Globigerinoides conglobatus0.337 36-0.411 2-0.247 65
    Globorotalia tumida-0.875 810.571 3-0.035 47
    Globigerinoidestenellus-0.580 78-0.439 81-0.399 98
    Globoquadrina conglomerata-0.580 35-0.438 35-0.406 09
    Sphaeroidinella dehiscens-0.581 23-0.439 08-0.405 4
    Globigerina calida-0.580 2-0.440 07-0.406 71
    Globorotalia menardii gibberula-0.581 82-0.437 64-0.407 98
    Globigerinella adamsi-0.580 24-0.439 71-0.408 89
    Globorotalia crassaformis-0.581 48-0.439 52-0.407 85
    Globorotalia truncatulinoides-0.581 92-0.439-0.407 81
    注:加粗数值代表因子分析得分较高的属种。
    下载: 导出CSV

    表  3  南海不同海区的碳酸钙溶跃面和CCD深度

    Table  3.   The calcite lysocline depth and calcite compensation depth in different regions of the South China Sea

    区域溶跃面深度/mCCD深度/m指标参考文献
    南海南部3 0003 800浮游有孔虫[32]
    南海南部2 6003 600碳酸钙含量、浮游有孔虫[31]
    南海中南部2 500~3 0003 000~3 500碳酸钙含量、浮游有孔虫[17]
    中沙海域2 7503 400~3 700浮游有孔虫本文
    南海中北部3 000\碳酸钙含量[33]
    南海北部2 5003 500碳酸钙含量、浮游有孔虫[12]
    南海东北部2 2003 400碳酸钙含量、浮游有孔虫[31]
    下载: 导出CSV
  • [1] SCHIEBEL R. Planktic foraminiferal sedimentation and the marine calcite budget[J]. Global Biogeochemical Cycles,2002,16(4):3-1-3-21.
    [2] 王佳,常凤鸣,李铁刚,等. 上新世5 Ma以来黑潮演变过程:浮游有孔虫群落证据[J]. 中国科学:地球科学,2020,50(11):1655-1670.
    [3] THOMPSON P R. Planktonic foraminifera in the Western North Pacific during the past 150 000 years:comparison of modern and fossil assemblages[J]. Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology,1981,35:241-279.
    [4] CHEN M T,HUANG C C,PFLAUMANN U,et al. Estimating glacial western Pacific sea-surface temperature:methodological overview and data compilation of surface sediment planktic foraminifer faunas[J]. Quaternary Science Reviews,2005,24(7/9):1049-1062.
    [5] PFLAUMANN U,JIAN Z M. Modern distribution patterns of planktonic foraminifera in the South China Sea and western Pacific:a new transfer technique to estimate regional sea-surface temperatures[J]. Marine Geology,1999,156(1/4):41-83.
    [6] WU F,XIE X N,BETZLER Z,et al. The impact of eustatic sea-level fluctuations,temperature variations and nutrient-level changes since the Pliocene on tropical carbonate platform (Xisha Islands,South China Sea)[J]. Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology,2019,514:373-385.
    [7] SATTLER U,IMMENHAUSER A,SCHLAGER W,et al. Drowning history of a Miocene carbonate platform (Zhujiang Formation,South China Sea)[J]. Sedimentary Geology,2009,219(1/4):318-331.
    [8] DAVIS C V,FUQUA L,PRIDE C,et al. Seasonal and interannual changes in planktic foraminiferal fluxes and species composition in Guaymas Basin,Gulf of California[J]. Marine Micropaleontology,2019,149:75-88. doi:  10.1016/j.marmicro.2019.05.001
    [9] DARLING K F,WADE C M,SICCHA M ET AL. Genetic diversity and ecology of the planktonic foraminifers Globigerina bulloides,Turborotalita quinqueloba and Neogloboquadrina pachyderma off the Oman margin during the late SW Monsoon[J]. Marine Micropaleontology,2017,137:64-77. doi:  10.1016/j.marmicro.2017.10.006
    [10] 张茂恒,王建. 盐城上岗全新世有孔虫组合的环境意义[J]. 海洋地质前沿,2003,19(9):5-8.
    [11] 李顺,张江勇,钟和贤,等. 南海北部陆坡ZSQD196PC柱状样末次间冰期以来的古海洋学记录:氧同位素,有孔虫和硅藻[J]. 海洋地质前沿,2013,29(11):32-38.
    [12] 郭建卿,陈荣华,赵庆英,等. 南海北部表层沉积物中浮游有孔虫分布特征与环境意义[J]. 海洋学研究,2006,24(1):19-27. doi:  10.3969/j.issn.1001-909X.2006.01.003
    [13] LI B H,JIAN Z M,WANG P X. Pulleniatina obliquiloculata as a paleoceanographic indicator in the southern Okinawa Trough during the last 20,000 years[J]. Marine Micropaleontology,1997,32(1):59-69.
    [14] 涂霞,郑范,向荣,等. 末次冰期以来西太平洋暖池变化的浮游有孔虫记录[J]. 热带海洋学报,2005,24(1):1-7. doi:  10.3969/j.issn.1009-5470.2005.01.001
    [15] KUCERA M. Planktonic foraminifera as tracers of past oceanic environments[J]. Developments in Marine Geology,2007,1(4):213-262.
    [16] RIDGWELL A,ZEEBE R E. The role of the global carbonate cycle in the regulation and evolution of the earth system[J]. Earth and Planetary Science Letters,2005,234(3):299-315.
    [17] 涂霞. 南海中部海区浮游有孔虫的溶解:碳酸盐溶解作用初探[J]. 热带海洋学报,1984,3(4):20-25.
    [18] SIJINKUMAR A V,NATH B N,CLEMENS S,et al. North Atlantic climatic changes reflected in the Late Quaternary foraminiferal abundance record of the Andaman Sea,north-eastern Indian Ocean[J]. Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology,2016,446:11-18.
    [19] HUANG,X X,BETZLER C,WU S G,et al. First documentation of seismic stratigraphy and depositional signatures of Zhongsha atoll (Macclesfield Bank),South China Sea[J]. Marine and Petroleum Geology,2020,117:104349. doi:  10.1016/j.marpetgeo.2020.104349
    [20] 田永青,黄洪辉,巩秀玉,等. 2014年春季南海中沙群岛北部海域的低温高盐水及其形成机制[J]. 热带海洋学报,2016,35(2):4-12.
    [21] LI L Q,TU X,LUO Y L,et al. Quantitative Analysis of Planktonic Foraminifera in Surface Sediments From the South China Sea[J]. Science in China,Series B,1993,36(8):1011-1018.
    [22] 王晓燕,李保华,黄宝琦. 晚更新世南海不同海区的浮游有孔虫群落特征差异及环境控制因素[J]. 微体古生物学报,2021,38(1):9.
    [23] 汪品先. 南海深部过程的探索[J]. 科技导报,2020,38(18):6-20. doi:  10.3981/j.issn.1000-7857.2020.18.001
    [24] FANG G H,FANG G H,FANG Y,et al. A survey of studies on the South China Sea upper ocean circulation[J]. Acta Oceanogr. Taiwan,1998,37(1):1-16.
    [25] LIU Z,ZHAO Y,COLIN C,et al. Source-to-sink transport processes of uvial sediments in the South China Sea[J]. Earth-Science Reviews,2016,153:238-273. doi:  10.1016/j.earscirev.2015.08.005
    [26] LADIGBOLU I A,LI B H,LI H L,et al. Fluxes and isotopic composition of planktonic foraminifera off Hainan Island,northern South China Sea:implications for paleoceanographic studies[J]. Palaeoworld,2020,29(3):636-647. doi:  10.1016/j.palwor.2019.07.006
    [27] 李保华,赵泉鸿,陈民本,等,. 南沙海区晚第四纪浮游有孔虫演化及其古海洋学意义[J]. 微体古生物学报,2001,18(1):1-9. doi:  10.3969/j.issn.1000-0674.2001.01.001
    [28] 俞宙菲,李保华,李宏亮,等. 现代浮游有孔虫对南海西南部上升流的响应[J]. 第四纪研究,2020,40(3):801-810. doi:  10.11928/j.issn.1001-7410.2020.03.17
    [29] 黄宝琦,翦知湣,林慧玲. 南海东北部晚第四纪古生产力变化[J]. 海洋地质与第四纪地质,2000,20(2):65-68.
    [30] BERGER W H. Planktonic Foraminifera:selective solution and paleoclimatic interpretation[J]. Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts,1968,15(1):31-43. doi:  10.1016/0011-7471(68)90027-2
    [31] 陈荣华,徐建,孟翊,等. 南海东北部表层沉积中微体化石与碳酸盐溶跃面和补偿深度[J]. 海洋学报(中文版),2003,25(2):48-56. doi:  10.3321/j.issn:0253-4193.2003.02.006
    [32] MIAO Q M,THUNELL R V,ANDERSON D M. Glacial-Holocene carbonate dissolution and sea surface temperatures in the South China Sea and Sulu Sea[J]. Paleoceanography,1994,9(2):269-290. doi:  10.1029/93PA02830
    [33] 张江勇,彭学超,张玉兰,等. 南海中沙群岛以北至陆坡表层沉积物碳酸钙含量的分布[J]. 热带地理,2011,31(2):125-132. doi:  10.3969/j.issn.1001-5221.2011.02.002
    [34] WANG P X,WANG L. BIAN Y,et al. Late Quaternary paleoceanography of the South China Sea:surface circulation and carbonate cycles[J]. Marine Geology,1995,127(1):145-165.
    [35] 罗又郎,劳焕年,王渌漪. 南海东北部表层沉积物类型与粒度特征的初步研究[J]. 热带海洋,1985,4(1):33-41.
    [36] 陈木宏,陈绍谋. 南海碳酸盐溶解与深海沉积物类型[J]. 热带海洋,1989(3):20-26.
    [37] 韩舞鹰,马克美. 南海东北部海区碳酸钙的饱和面、溶跃面和补偿深度[J]. 热带海洋,1988,7(3):84-89.
    [38] 李学杰,陈芳,刘坚,等. 南海西部表层沉积物碳酸盐分布特征及其溶解作用[J]. 地球化学,2004,33(3):254-260. doi:  10.3321/j.issn:0379-1726.2004.03.004
    [39] 李粹中. 南海深水碳酸盐沉积作用[J]. 沉积学报,1989,7(2):35-43. doi:  10.14027/j.cnki.cjxb.1989.02.006
  • [1] 郝连成, 远继东, 郑立龙, 张健康, 张德程, 代友旭.  湛江湾海域表层沉积物粒度特征及沉积环境 . 海洋地质前沿, 2022, 38(8): 1-10. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.152
    [2] 李越, 李波, 李涛.  南海北部海域表层沉积物底栖有孔虫分布特征及影响因素 . 海洋地质前沿, 2022, 38(2): 30-36. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.027
    [3] 张新康, 贾国东.  沉积物埋藏深度和碳酸钙含量对南海沉积物干密度的影响 . 海洋地质前沿, 2022, 38(6): 25-33. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.189
    [4] 雷振宇, 张莉, 刘姗, 苏明, 骆帅兵, 帅庆伟.  南海北康盆地断控型底流漂积体特征及其沉积模式 . 海洋地质前沿, 2021, 37(4): 46-52. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.028
    [5] 李延, 文鹏飞, 张宝金, 张如伟.  频率衰减梯度属性在南海北部神狐海域天然气水合物检测中的应用 . 海洋地质前沿, 2019, 35(7): 1-7. doi: 10.16028/j.1009-2722.2019.07001
    [6] 宁泽, 韩宗珠, 毕世普, 孔祥淮, 张勇, 徐承芬, 胡刚.  浙闽近岸海域表层沉积物稀土元素的物源指示 . 海洋地质前沿, 2018, 34(8): 34-44. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.08005
    [7] 李稳, 宫少军, 赵卫.  渤海湾西岸表层沉积物中有孔虫和介形类分布特征及其环境意义 . 海洋地质前沿, 2018, 34(9): 32-42. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.09005
    [8] 黄磊, 孙桂华, 袁晓婕.  三沙湾表层沉积物中有机污染物的含量及风险评价 . 海洋地质前沿, 2017, 33(8): 63-69. doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.08009
    [9] 黄龙, 耿威, 王中波, 蓝先洪, 孟祥君, 陆凯, 李日辉.  渤海东部和黄海北部表层有用重砂资源及影响因素 . 海洋地质前沿, 2016, 32(5): 40-47. doi: 10.16028/j.1009-2722.2016.05006
    [10] 钱坤, 闫义, 黄奇瑜, 陈文煌, 余梦明, 田陟贤.  南海扩张过程及海陆变迁沉积记录 . 海洋地质前沿, 2016, 32(8): 10-23. doi: 10.16028/j.1009-2722.2016.08002
    [11] 陈泓君, 詹文欢, 温明明, 李丽青.  南海西北部琼东南盆地陆架坡折带类型及沉积作用特征 . 海洋地质前沿, 2015, 31(8): 1-9. doi: 10.16028/j.1009-2722.2015.08001
    [12] 张先锋, 吴建政, 胡日军, 朱龙海.  靖海湾表层沉积物粒度特征及沉积动力环境分区 . 海洋地质前沿, 2013, 29(10): 47-51.
    [13] 谭淋耘, 于兴河, 沙志彬, 徐铫, 苏丕波.  南海北部陆坡区水合物发育的水深、热流特征及盖层控制作用模拟 . 海洋地质前沿, 2013, 29(10): 41-46.
    [14] 李顺, 张江勇, 钟和贤, 高红芳, 陈炽新, 庄畅.  南海北部陆坡ZSQD196PC柱状样末次间冰期以来的古海洋学记录:氧同位素、有孔虫和硅藻 . 海洋地质前沿, 2013, 29(11): 32-38.
    [15] 张金鹏, 朱本铎, 陈炽新, 张江勇.  南海西北部表层沉积硅藻的分布特征与环境分析 . 海洋地质前沿, 2013, 29(11): 8-13.
    [16] 陈泓君, 蔡观强, 崔兆国, 钟和贤.  南海西北部表层沉积物重金属分布特征与污染评价 . 海洋地质前沿, 2013, 29(1): 43-50.
    [17] 钟和贤, 黄磊, 崔兆国.  南海西北部海域表层沉积物粒度分布特征及其影响因素 . 海洋地质前沿, 2013, 29(11): 22-31.
    [18] 蔡观强, 陈泓君, 钟和贤, 崔兆国, 李顺.  南海西北部表层沉积物常量元素地球化学特征 . 海洋地质前沿, 2013, 29(11): 14-21.
    [19] 卢骏, 刘震, 张功成, 沈怀磊.  南海北部小型海陆过渡相断陷地震相分析及沉积充填演化史研究——以琼东南盆地崖南凹陷崖城组为例 . 海洋地质前沿, 2011, 27(7): 13-22.
    [20] 窦斌, 秦明举, 蒋国盛, 李文斯, 范彬彬.  利用地热开采南海天然气水合物的技术研究 . 海洋地质前沿, 2011, 27(10): 49-52,58.
  • 加载中
图(9) / 表 (3)
计量
  • 文章访问数:  131
  • HTML全文浏览量:  2
  • PDF下载量:  13
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-07
  • 网络出版日期:  2022-07-28
  • 刊出日期:  2022-09-28

南海中沙海域表层沉积物浮游有孔虫的分布特征及其指示意义

doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.312
    基金项目:  海南省海洋地质资源与环境重点实验室开放课题(HNHYDZZYHJKF017);中国地质调查局项目(DD20191027);海南省自然科学基金联合项目(2021JJLH0047,420LH021);中国石油天然气股份有限公司科技项目“塔西南坳陷及麦盖提斜坡石油地质条件研究与目标评价”(kt2021-02-02);海南省自然科学基金项目(422QN353)
    作者简介:

    刘时桥(1990—),男,工程师,主要从事海洋区域地质调查研究工作. E-mail:823810405@qq.com

    通讯作者: 陈万利(1990—),男,博士,主要从事岛礁碳酸盐岩台地沉积学及声学结构探测研究工作. E-mail:chenwl@idsse.ac.cn
  • 中图分类号: P736.22+1;Q915

摘要: 对南海中部中沙海域海底采集的93个表层沉积物样样品进行浮游有孔虫的鉴定分析,获得13属28种浮游有孔虫,依据其中20个主要浮游有孔虫属种的Q型因子分析结果及其抗溶性和生活的气候地带特征,共划分出3个浮游有孔虫组合(占解释总方差的92.3%),包括抗溶性不同的2个热带组合和1个温带-亚热带组合。易溶性的热带组合以Trilobatus sacculifer-Globigerinoides ruber为代表,主要分布于碳酸盐岩台地斜坡区和海岭区。抗溶性热带组合主要以Globorotalia menardii-Pulleniatina obliquiloculata为主,主要分布在中沙海槽和南海深水海盆区。温带-亚热带组合以Globigerina rubescens为代表,主要分布在中沙碳酸盐岩台地北部斜坡区。研究发现,本区浮游有孔虫的分布主要受海水深度控制,而不同温盐性质水团的入侵影响也不容忽视,其中,Globigerina rubescens在中沙碳酸盐岩台地北部斜坡区的富集就是响应研究区以北低温高盐水团的佐证之一。同时,浮游有孔虫的相关分布特征(丰度、简单分异度、碎壳率和易溶种/抗溶种)进一步指示研究区的碳酸钙溶跃面约为2 750 m,碳酸钙补偿深度约为3 400~3 700 m。

English Abstract

刘时桥,陈万利,张木辉,等. 南海中沙海域表层沉积物浮游有孔虫的分布特征及其指示意义[J]. 海洋地质前沿,2022,38(9):13-25 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.312
引用本文: 刘时桥,陈万利,张木辉,等. 南海中沙海域表层沉积物浮游有孔虫的分布特征及其指示意义[J]. 海洋地质前沿,2022,38(9):13-25 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.312
LIU Shiqiao, CHEN Wanli, ZHANG Muhui, et al. Distribution of planktonic foraminifera in surface sediments and its environmental implication in the Zhongsha waters, South China Sea[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(9): 13-25 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.312
Citation: LIU Shiqiao, CHEN Wanli, ZHANG Muhui, et al. Distribution of planktonic foraminifera in surface sediments and its environmental implication in the Zhongsha waters, South China Sea[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(9): 13-25 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.312
    • 浮游有孔虫是一种海洋中常见的单细胞原生动物,大多数浮游有孔虫生活在浅层海水(0~200 m)中,也有一部分类型生活在500~1 000 m深度。作为自早侏罗世以来遍布全球各大洋的原生动物,它们演化迅速且对环境变化响应灵敏,死亡后的壳体大部分堆积在海底泥质沉积物中,为深海的CaCO3贡献占比32%~80%[1],是记录海洋环境变化的绝佳载体。例如,深海表层沉积物中不同时空的浮游有孔虫种群结构变化可以反推海洋环流演化过程和模式[2];深海钻孔岩芯中浮游有孔虫的种属百分比、碳氧同位素和Mg/Ca值等可以用来计算古海水的温度和盐度等参数[3-5];岛礁钻孔中浮游有孔虫的含量增加还可以被当作海平面上升和碳酸盐岩台地淹没的标志[6-7]。另外,某些种属的初现面和末现面还可以当作地层年代的标志界面[3]。现代浮游有孔虫的分布研究是将今论古的基础,通过在现今已知的海洋环境变化中开展浮游有孔虫各种属分布规律的研究,可识别出特征属种作为海洋气候环境变化的良好指标[8-11]。比如Trilobatus sacculiferGlobigerinoides ruber是大洋中分布较广、含量较高的暖水种典型代表[12]Pulleniatina obliquiloculata常被当做黑潮指示种之一[12-13]Neogloboquadrina pachydermaGlobigerina rubescens属于低温指示种[14]Globigerina bulloidesNeogloboquadrina dutertrei是上升流富营养水的指示种[15]。生物作用导致海底沉积物中聚集的CaCO3消耗海水中溶解的无机碳,是碳循环的重要组成部分[16],浮游有孔虫的丰度和沉积物中的碳酸钙含量成正相关,可以为深海碳酸钙的溶跃层和补偿深度的界限提供参考[17-18]

      中沙海域处于南海中部,发育浅水碳酸盐岩台地、深水远端裂陷盆地和南海深海海盆组合[19],水深变化范围大,受到多种水团的作用[20]。不同区域表层沉积物中的浮游有孔虫种属类别和分布规律势必受到不同海洋环境因子的控制作用。浮游有孔虫种属含量分布的Q型因子分析可以把受到相似的海洋环境因素影响的环境因子提取出来[3]。过去对南海浮游有孔虫的分布和环境研究多集中在其北部、南部和西部的陆坡或陆架区域[5, 17, 21-22],对中部中沙海域有孔虫的相关研究及碳酸钙补偿深度的探究均相对匮乏。

      在前人研究的基础上,本文对2020年在南海中部中沙海域取得的93个表层沉积物样中浮游有孔虫的种属类别进行鉴定和分布规律解析,利用Q型因子分析方法提取出不同的环境因子,查明浮游有孔虫的分布规律受到不同海洋环境因子的控制作用,结合碎壳率和易溶种/抗溶种的水深分布特征,推断研究区的碳酸钙溶跃面和碳酸钙补偿深度,补充了南海中部海域浮游有孔虫研究的空白。

    • 南海位于欧亚大陆和西太平洋之间,以印尼-菲律宾群岛与西太平洋相隔,是热带区域的边缘海(图1)。南海的最大海底深度为5 500 m,与西太平洋之间的唯一连通点为巴士海峡,通道最大水深为2 600 m,在南海和西太平洋的能量交换中起着重要作用[23]。南海的表层水团主要受到东亚季风、黑潮和海表面热通量的控制作用,冬季表层水团在东北季风的驱动下从南海东北部向西南部流动,整个环流呈气旋状,而夏季表层水团在西南季风作用下整体从南海西南部向东北部流动,总环流呈反气旋型[24]。南海表层环流主要由南海暖流、沿岸流、气旋式涡流和反气旋式涡流组成[25],各个组成部分在冬夏两季展现出不同的流动特征(图1a)。值得注意的是,南海冬春季节还受到吕宋冷涡的影响,此影响可至中沙群岛北部海域的上层温盐场[20]

      图  1  研究区区域地质概况

      Figure 1.  Regional geological overview of the study area

      研究区中沙海域位于南海中部,发育着南海中部面积最大的现代孤立碳酸盐岩台地——中沙台地。中沙台地东邻南海中央海盆,西边为中沙海槽裂陷盆地与西沙群岛分隔开来,北部为西北次海盆,南部为西南次海盆。中沙海域远离陆地,中沙台地与周围的盆地组成了极具特色的源汇系统,水深梯度变化较大,从中沙台地延伸几十千米至中央海盆,水深迅速超过4 000 m(图1b),其海底沉积物主要来源于有孔虫壳体和碳酸盐岩台地。研究区的夏季表层海水温度为28.0~29.1 ℃,盐度为32.6 ‰~34.2 ‰,冬季表层海水温度为24.0~26.2 ℃,盐度为33.0‰~34.5‰。研究区夏季东部表层水温较高,环礁及相邻海区的盐度较低(图2a、c),而冬季研究区北部和东北部受到来自北部寒冷表层水的影响,温度分布呈舌状向中沙环礁递减(图2b),盐度受到黑潮携带的高盐水和北部表层海水的影响,由研究区北部和东北部呈舌状向中沙环礁递减(图2d)。

      图  2  中沙海域夏冬季表层海水温度、盐度分布

      Figure 2.  Surface water temperature and salinity in summer and winter in Zhongsha Islands waters, South China Sea

    • 研究区的93个表层沉积物样品由广州海洋地质调查局“海洋地质四号”船于2020年取得,取样点范围为中沙海域,水深范围为475~4 240 m(图1b),取样点从碳酸盐岩台地斜坡、中沙海槽到南海深海海盆均有分布。

      大多数站位有孔虫含量较丰富,主要以浮游有孔虫为主(图3),部分深水区由于壳体溶蚀,导致碎壳较多,化石保存较少。根据样品特性,首先对所有站位样品取10~20 g的沉积物样品,采取标准规范流程进行前处理,对于保存特殊或壳体量较少的样品,后期加大处理量。具体前处理及鉴定分析流程:先将样品放在烤箱中烘干之后称重,再将其浸泡在超纯水中1~2 d,待样品完全分散后用250目(0.063 mm)铜筛经超纯水清洗,筛上部分放在<60 ℃的环境下干燥,再经100目(0.15 mm)的铜筛干筛,剩余砂样进行浮游有孔虫的鉴定。有孔虫壳体较丰富时,可采用缩分法进行鉴定统计,并保证每个样品有效鉴定的浮游有孔虫壳体数不低于300枚,同时也统计了破碎壳有孔虫的个数,计算了碎壳率(破碎壳体数/总壳体数)。

      图  3  表层沉积物中常见浮游有孔虫属种

      Figure 3.  Major planktonic foraminifera species in the surface sediment

      利用SPSS软件进行Q型因子分析,用来定义各个站位中有孔虫属种的相似程度以便归类和区分。选择至少3个站位含量>2%的有孔虫属种进行Q型因子分析,并得到每个主因子的载荷平面分布图,划分不同的浮游有孔虫组合与不同区域,分析不同有孔虫组合受到何种环境因子的控制作用,解释主因子隐藏的信息,并且与现代海洋环境对应起来。利用Canoco5软件进行冗余分析,显示不同属种和环境因素之间的相关关系,用于冗余分析的温盐数据均来源于World Ocean Atlas 2018。同时,依据Q型因子分析和冗余分析的结果区分易溶种和抗溶种。

    • 浮游有孔虫非常丰富,对93件表层沉积物样品进行有孔虫样品分析,共鉴定统计浮游有孔虫壳体38 566枚,浮游有孔虫的主要属包括(共13属):Globigerinoides、GloborotaliaPulleniatinaNeogloboquadrinaGlobigerinellaGlobigerinaOrbulinaGloboquadrina、SphaeroidinellaHastigerinaGlobigerinitaCandeina等(图34)。研究区的底栖有孔虫含量及丰度均较低,含量均不超过0.5%。

      图  4  中沙海域浮游有孔虫属种结构组成

      Figure 4.  Composition of major planktonic foraminifera species in the Zhongsha Islands waters, South China Sea

      平均百分含量>10%的浮游有孔虫属种有4个:Globorotalia menardii(15.41%)、Trilobatus sacculifer(15.17%)、Globigerinoides ruber(12.94%)、Pulleniatina obliquiloculata(11.01%),此4个种含量合计>50%;平均含量>5%的浮游有孔虫种有2个,分别为:Neogloboquadrina dutertrei(9.06%)、Globigerinella aequilateralis(5.07%);平均含量在5%以下的浮游有孔虫属种为:Globigerina rubescens(4.94%)、Orbulina universa(4.40%)、Globigerinoides conglobatus(4.24%)、Globorotalia tumida(3.17%)、Globigerinoides tenellus(2.18%)、Globoquadrina conglomerata(1.92%)、Sphaeroidinella dehiscens(1.64%)、Globigerina calida(1.49%)、Globorotalia menardii gibberula(1.31%)、Globigerinella adamsi(1.20%)、Globorotalia crassaformis(0.98%)、Globorotalia truncatulinoides(0.96%)、Globorotalia inflata(0.92%)、Hastigerinella digitata(0.66%)、Globigerina bulloides(0.60%)、Globigerina digitata(0.36%)、Hastigerina pelagica(0.16%)、Globorotalia hirsuta (0.14%)、 Neogloboquadrina pachyderma(0.02%)、Globigerina falconensis(0.02%)、Globigerinita iota(0.01%)、Globorotalia scitula(0.01%)等。

    • 浮游有孔虫丰度变化介于0~17 581枚/g,平均值5 614枚/g。丰度最大值位于中沙台地西部,分布总体上具有台地、海山附近较高,海盆区较低的特点(图5a)。在水深大约500~2 750 m范围内,浮游有孔虫丰度与水深呈正相关关系,当水深>2 750 m后,浮游有孔虫丰度与水深呈负相关关系,当水深跨越3 400~3 700 m以后,有孔虫丰度均<2 000枚/g。

      图  5  浮游有孔虫相关参数平面分布及其随水深变化

      Figure 5.  Distribution of relevant parameters of planktonic foraminifera in surface sediments, and the variations with water depth

      浮游有孔虫简单分异度分布与水深也呈负相关关系,即水深加大种属类别变少,但变化梯度较小。在中沙台地西部浮游有孔虫种属类别较多,在中沙南盆地、南海海盆水深处,则相应种属类别较少。种属类别在2 750 m附近达到最大后开始总体呈下降趋势(图5b)。

      浮游有孔虫壳体的碎壳率和水深呈正相关关系,即水深越大,碎壳率越高,壳体保存的程度越差。碎壳率对水深的变化较敏感,基本上中沙南盆地和南海海盆处壳体保存程度都很差,但是程度不同。中沙南盆地和中沙海槽北端的碎壳率的变化梯度较大,虽然水深不足4 000 m,但碎壳率已经迅速升至88%左右。南海海盆深水区的有些站点的碎壳率仍然比较低,是由于存在胶结壳底栖有孔虫和极少数的抗溶有孔虫而引起的(图5c)。

    • 研究区表层沉积物中浮游有孔虫属种较多,常见的属种有Globorotalia menardiiTrilobatus sacculiferGlobigerinoides ruberPulleniatina obliquiloculataNeogloboquadrina dutertreiGlobigerinella aequilateralisGlobigerina rubescensOrbulina universaGlobigerinoides conglobatusGloborotalia tumidaGloborotalia menardii在研究区表层沉积物浮游有孔虫种群里中所占比例最高(表1),主要分布在南海深海海盆区和中沙海槽(图6a),与水深成正相关关系。Trilobatus sacculiferGlobigerinoides ruber在沉积物中保存程度不及Globorotalia menardii(溶蚀壳较多),造成其二者含量居于次位,主要分布在海岭和中沙台地斜坡(图6b、c),且有随水深增加含量降低的趋势。Pulleniatina obliquiloculata主要分布在盆地、海岭和海槽区(图6d),与水深呈正相关。Neogloboquadrina dutertrei在中沙南盆地分布较多,在南海深海海盆中分布较少(图6e),整体上与水深呈负相关。值得注意的是,Globigerina rubescens在中沙碳酸盐岩台地北部斜坡区(114°—115°E,16°—16.7°N)分布较多(图6g)。Globigerinella aequilateralisGlobigerina rubescensOrbulina universaGlobigerinoides conglobatus都与水深呈负相关关系(图6f、h、i),Globorotalia tumida主要在海盆区富集(图6j),与水深呈正相关。

      表 1  研究区浮游有孔虫常见属种分布特征统计表

      Table 1.  Distribution characteristics of modern major planktonic foraminifera species in the study area

      /%
      常见属种百分比范围平均值
      与水深关系不同分布区的百分含量平均值
      盆地海槽
      海岭
      台地斜坡
      Globorotalia menardii5.80~37.6515.4126.3018.7815.6711.08
      Trilobatus sacculifer2.21~21.7115.1712.7113.2515.3716.42
      Globigerinoides ruber3.50~28.0012.947.4510.5614.2615.74
      Pulleniatina obliquiloculata2.77~30.1311.0116.8211.6111.659.79
      Neogloboquadrina dutertrei0.00~20.349.0610.938.729.148.29
      Globigerinella aequilateralis0~12.285.075.285.254.395.02
      Globigerina rubescens0~30.004.941.474.524.906.93
      Orbulina universa0~10.464.401.894.204.354.59
      Globigerinoides conglobatus0~11.894.242.713.933.255.36
      Globorotalia tumida0.48~18.043.174.875.002.401.95
      注:↑代表正相关;↓代表负相关。

      图  6  研究区常见种属百分含量分布图

      Figure 6.  Percentage distribution of common foraminifera species in the study area

    • Q型因子分析方法将研究区的浮游有孔虫属种组合归类为3个因子(表2),累积解释了总方差的92.3%,各自的因子载荷值平面分布融合了各自有孔虫属种组合分布的信息(图7)。3个因子代表了3个浮游有孔虫组合:

      表 2  浮游有孔虫因子分析属种的最大方差因子得分

      Table 2.  Scores of maximum variance factors in factor analysis of planktonic foraminifera in the study area

      属种主因子1主因子2主因子3
      Globorotalia menardii-0.332 273.550 390.261 12
      Trilobatus sacculifer2.718 1-0.075 74-0.119 17
      Globigerinoides ruber2.144 81-0.659 510.961 96
      Pulleniatina obliquiloculata0.360 211.428 31-0.294 12
      Neogloboquadrina dutertrei0.923 670.526 54-0.165 94
      Globigerinella aequilateralis0.378 64-0.085 62-0.182 37
      Globigerina rubescens-0.830 83-0.433 423.889 42
      Orbulina universa0.405 99-0.458 52-0.409 4
      Globigerinoides conglobatus0.337 36-0.411 2-0.247 65
      Globorotalia tumida-0.875 810.571 3-0.035 47
      Globigerinoidestenellus-0.580 78-0.439 81-0.399 98
      Globoquadrina conglomerata-0.580 35-0.438 35-0.406 09
      Sphaeroidinella dehiscens-0.581 23-0.439 08-0.405 4
      Globigerina calida-0.580 2-0.440 07-0.406 71
      Globorotalia menardii gibberula-0.581 82-0.437 64-0.407 98
      Globigerinella adamsi-0.580 24-0.439 71-0.408 89
      Globorotalia crassaformis-0.581 48-0.439 52-0.407 85
      Globorotalia truncatulinoides-0.581 92-0.439-0.407 81
      注:加粗数值代表因子分析得分较高的属种。

      图  7  浮游有孔虫Q型因子分析的主因子载荷平面分布图

      Figure 7.  Distribution of maximum variance scores of the principle factors obtained from Q-mode factor analysis of planktonic foraminifera

      组合一:主因子1是主要的组成因子之一,解释了总方差的42.8%,因子得分较高的属种为Trilobatus sacculiferGlobigerinoides ruber,其他的Neogloboquadrina dutertrei、Globigerinella aequilateralis、Orbulina universa、Globigerinoides conglobatus对该成分因子也有少量的贡献。主因子1载荷值较高的区域位于中沙碳酸盐岩台地和西沙碳酸盐岩台地间水深较浅的区域以及中沙北海岭(图7a)。主因子1影响的组合百分比含量与海水深度呈负相关,与冬季表层水温度和夏季表层水盐度之间有一定的正相关关系(图8)。

      图  8  研究区常见浮游有孔虫属种与环境要素间冗余分析

      Figure 8.  Redundancy analysis (RDA) showing the relationships among the key planktonic foraminifera species and abiotic factor

      组合二:主因子2是主要的组成因子之一,解释了总方差的42.2%,因子得分较高的属种是Globorotalia menardiiPulleniatina obliquiloculata,而Globorotalia tumida也对该成分因子有少量的贡献。主因子2载荷值较高的区域为中沙南盆地、南海海盆区以及中沙海槽东北部较深的区域(图7b)。主因子2中主要包含了海水深度方面的影响(图8)。

      组合三:主因子3是重要的组成因子,解释了总方差的7.3%,因子得分较高的属种是Globigerina rubescens。主因子3载荷值较高的区域主要位于中沙碳酸盐岩台地北部水深较浅的区域,向深水区数值递减(图7c)。主因子3中影响的浮游有孔虫组合百分比含量与夏季表层水温度、冬季盐度有一定的正相关关系,与冬季表层水温度呈负相关关系(图8)。

    • Q型因子分析结果将研究区的浮游有孔虫组合划分为3种,揭示有孔虫组合的分布主要受到碳酸钙溶解度的控制作用,其次是表层水温度、盐度以及上升流的控制作用,其中表层水温度和盐度分布反映不同水团的控制作用。研究区发现的第1浮游有孔虫组合(Trilobatus sacculifer-Globigerinoides ruber组合)和第2个浮游有孔虫组合(Globorotalia menardii-Pulleniatina obliquiloculata组合)都属于热带浮游有孔虫组合[3],但可根据抗溶性不同而区分开来。第1个组合为易溶热带组合(tropical dissolution-susceptible assemblage),第2个组合为抗溶热带组合(tropical dissolution-resistant assemblage)[3]。这2个热带组合的分布主要受到了不同水深的碳酸钙溶解度的控制,特别是主因子2影响下的抗溶热带组合,主要体现了海水深度的控制作用(图8),这与前人对西太平洋地区浮游有孔虫的分析结果一致[3]

      除了受到碳酸钙溶解度的控制,未达到碳酸钙补偿深度的浮游有孔虫还受到表层海水温度和盐度的控制,主要反映了不同水团的侵入作用[3,26]。主因子1中浮游有孔虫组合分布还受到夏季表层水盐度和冬季表层水温度的影响(图8),例如Globigerinoides ruber属于喜盐属种[5,21],夏季盐度在中沙碳酸盐岩台地区域较高,且在西北角盐度也出现高值(图2c),研究区中的Globigerinoides ruber在靠近中沙碳酸盐岩台地区域的含量高,且在研究区的西北角出现高值(图6c),可能是受到了研究区夏季风驱动的高盐度海水的影响,冗余分析结果也显示主因子1中浮游有孔虫属种与夏季盐度分布呈正相关性。冬季温度与主因子1中的浮游有孔虫属种也呈正相关,且比夏季温度正相关性强(图8),因此,推测冬季时期的暖水可能更利于该组合的浮游有孔虫的分布。组合二中的Pulleniatina obliquiloculata作为黑潮的指示种,与冬季温度有一定的正相关性(图8),体现研究区的Pulleniatina obliquiloculata分布受冬季黑潮携带的暖水影响。

      第3个组合的Globigerina rubescens属于温带-亚热带组合[27],主要分布在中沙碳酸盐岩台地北部斜坡区和研究区北部,其分布与夏季表层水温度、冬季表层水盐度呈正相关,而与冬季表层水温度呈负相关(图8)。研究区夏季表层海水温度呈舌状从研究区东南至中沙碳酸盐岩台地北部突进,主要反映来自南部热带区域的苏禄海表层水输入[20],而Globigerina rubescens在中沙碳酸盐岩台地北部斜坡区域(114°—115°E,16°—16.7°N)的富集,可能与北部吕宋冷涡系统脱落的冬季低温-高盐表层海水团在该分布区(114°—115.5°E,15.5°—17°N)的侵入有关[20]其他来自北部的低温高盐海水团也可能引起该区的Globigerina rubescens富集。

      南海西南部越南沿岸的夏季上升流可能也是影响研究区的浮游有孔虫分布的重要因素。Neogloboquadrina dutertrei作为上升流高表层生产力的指示种[28],其在西南部中沙南盆地出现的高值(图6e)可能与夏季风驱动下带来了越南沿岸上升流密切相关。南海东北部冬季风驱动巴士海峡入口处附近的冬季上升流在冰期时更活跃而引起表层生产力勃发导致Neogloboquadrina dutertrei发育[29],按理说也会对研究区该属种的分布有贡献,但该属种在研究区东北部的含量较低,原因可能与此处现代上升流活跃程度相对降低有关。

    • 碳酸钙溶跃面(Carbonate Lysocline Depth)为碳酸钙溶解速度急剧变大的界面,而碳酸钙补偿深度(Carbonate Compensation Depth, CCD)为水深增大后碳酸钙遭受溶解而堆积速率为零时的深度[30],南海不同海区的溶跃面和CCD界面有一定的差别[31]。根据前人的研究成果[30],碳酸钙溶跃面是浮游有孔虫壳体保存质量好坏的分界面,大于溶跃面有孔虫壳体保存完整程度整体差。研究区的浮游有孔虫丰度与简单分异度在水深2 750 m处开始随水深加大突然整体变小,碎壳率则从2 750 m往深处急剧上升到较大值,且浮游有孔虫易溶种/抗溶种的百分比含量比值都在2 750 m处突然变低(图9),因此可以推测2 750 m处附近为碳酸钙的溶跃面。当水深跨越3 400~3 700 m后,有孔虫丰度均<2 000枚/克,推测研究区的CCD界面大约为3 400~3 700 m。

      图  9  浮游有孔虫中易溶种/抗溶种比值随水深变化

      Figure 9.  The ratio of tropical dissolution-susceptible and dissolution-resistant planktonic foraminifera versus water depth

      前人基于碳酸钙含量和浮游有孔虫的丰度、种数和壳体特征推测南海中南部海区溶跃面范围为2 500~3 000 m[17],本次工作得到的南海中沙海域碳酸钙溶跃面深度数值在该区间内。但也有很多南海其他区域的工作得到不同的结论,例如前人结合南海北部的浮游有孔虫含量变化的研究发现浮游有孔虫的丰度和种数在2 500 m处迅速减小,推断2 500 m为碳酸钙溶跃面[12]。南海北部和南部的浮游有孔虫、底栖有孔虫占全群有孔虫的比值和微体化石含量的分析结果分别指示南海北部的碳酸钙溶跃面深度为2 200 m,南海南部为2 600 m[31]。南海南部的钙质微体古生物含量变化分析结果则得到碳酸钙溶跃面深度为3 000 m[32],南海中北部的CaCO3含量的显著降低特征指示碳酸钙溶跃面为3 000 m[33]。综合以上研究发现,南海北部的溶跃面深度一般都浅于南海南部(表3),这可能是南海北部有更多的陆源物质输入,冲淡深海的碳酸钙含量,导致碳酸钙溶跃深度上升[33]

      表 3  南海不同海区的碳酸钙溶跃面和CCD深度

      Table 3.  The calcite lysocline depth and calcite compensation depth in different regions of the South China Sea

      区域溶跃面深度/mCCD深度/m指标参考文献
      南海南部3 0003 800浮游有孔虫[32]
      南海南部2 6003 600碳酸钙含量、浮游有孔虫[31]
      南海中南部2 500~3 0003 000~3 500碳酸钙含量、浮游有孔虫[17]
      中沙海域2 7503 400~3 700浮游有孔虫本文
      南海中北部3 000\碳酸钙含量[33]
      南海北部2 5003 500碳酸钙含量、浮游有孔虫[12]
      南海东北部2 2003 400碳酸钙含量、浮游有孔虫[31]

      一般认为CaCO3含量<10%的界面为CCD界面[34],这是由于海底表层沉积物中含有短时间内未被完全溶解的壳体,且钙质生物的遗壳可能会被大型生物的粪便包裹沉降至海底,不受碳酸钙溶解的影响。然而有些学者将CaCO3含量降低到0的水深界面定义为CCD界面,导致推断的CCD界面的深度>4 000 m[35-37]。本文推测南海中部中沙海域的CCD界面为3 400~3 700 m,其CCD界面概念采用了前者的研究结果[12, 17, 32, 38-39],在该深度以下仍含有一定的有孔虫壳体,因此该深度不是CaCO3溶解耗尽时的深度。由于南海北部的陆源物质稀释作用,南海北部的CCD界面深度也比南海南部浅。中沙海域位于南海中部,CCD界面深度则大概介于南北部之间(表3),可能会比南海北部稍微大一些。

      对比前人研究发现南海的碳酸钙溶跃面和补偿深度随着地区的变化而变化,溶跃面和补偿界面的深度等值线附近的取样位置、取样密度和外界地质条件等决定了数据反映的溶跃面和补偿界面信息。本文的取样位置主要位于中沙海域,更靠近南海中部地区,因此得到的溶跃面深度更接近前人在南海中部附近地区的研究成果[17,33],溶跃面的深度会比南海北部区域大。在补偿深度左右的取样密度小,导致浮游有孔虫的相关参数在该界面处变化特征不明显。外界地质条件则包括区域的钙质骨骼生物生产率、深海方解石埋藏率、陆源物质输入、陆架面积和极地水影响等。钙质骨骼生产率越大,会使深海中的碳酸钙浓度变大,CCD变深。深海方解石埋藏率主要反映陆源或浅海向深海输入的碳酸钙值,若输入多,则表明海水对碳酸盐更饱和,从而海水的CO32−含量高,海水碱度高,CCD也更深。陆源碎屑输入,一方面可以稀释碳酸盐浓度,导致CCD变浅,一方面又会因硅酸盐水解导致海水碱度升高,进而导致CCD变深的效应,两种效应总体表现如何,需要具体情况具体分析,而且需要定量模拟。中沙海域碳酸盐岩台地发育,向周缘深水盆地输入了大量的浅水碳酸盐台地沉积物,加上海水中的初级生产力对碳酸钙的贡献,可能是该区碳酸钙溶越面和补偿深度偏深的原因。该海域离陆地较远,受到陆源作用的影响也比较小,因此陆源物质的稀释效果比较轻,也使该区碳酸钙溶越面和补偿深度比南海北部深。陆架面积主要受冰期和间冰期交替变化控制,冰期海平面下降时,陆地面积小,使更多的碳酸钙进入深海使得碳酸钙溶解界面下降,本次工作没有对柱状样进行时间序列分析,暂不对该因素进行探讨。极地水具有腐蚀性,会使碳酸钙溶解界面上升,研究区受到极地水的影响较小。其实影响CCD的因素远不止这些,比如Mg2−/Ca2−比值、洋流、洋盆的通风程度等都是改变CCD的重要因素,而且同一种因素可能具有双重效应。此外,碳酸钙溶解作用指标的选取、分析和解释方法的差异也会导致得到的溶跃面和补偿深度的数值有差异。

    • 本文对南海中部中沙海域的93个表层样品进行了浮游有孔虫鉴定统计分析,根据优势属种的平面分布规律,结合现代海水盐度和温度的监测数据,划分了不同的浮游孔虫组合,探讨了不同组合分布的控制因素,得到以下结论:

      (1)根据Q型因子分析结果,研究区的浮游有孔虫有3类,累积解释了总方差的92.3%。组合一为抗溶性较差的热带组合,以Trilobatus sacculiferGlobigerinoides ruber为代表。组合二为抗溶性较强的热带组合,以Globorotalia menardiiPulleniatina obliquiloculata为代表。组合三为温带-亚热带组合,以Globigerina rubescens为代表,反映了来自南海北部的低温高盐水团的影响。组合二的分布主要受到碳酸钙溶解度的控制作用,组合一的分布主要受到碳酸钙溶解度的控制作用,其次还受到海水温度和盐度的控制作用。

      (2)研究区的碳酸钙溶跃面在2 750 m附近,碳酸钙补偿界面深度约为3 400~3 700 m。南海的碳酸钙溶跃面深度随着地区的变化而变化,溶跃面深度等值线附近的取样位置、取样密度和外界地质条件等决定了数据反映的溶跃面信息。

参考文献 (39)

目录

    /

    返回文章
    返回