北冰洋中部古海洋和构造演化——IODP302航次介绍

    航次主题:北冰洋中心地带的古海洋和构造演化。北冰洋中心地带的首次科学钻探于2004年8月7~9月13日实施。综合大洋钻探计划302航次即北冰洋钻探航次(Arctic Coring Expedition, ACEX),在距北极点只有250公里水深约1300米的海域取得了400多米长的沉积岩芯。

    ACEX的目标是罗姆诺索夫海脊,它被认为是大约在56 Ma前从欧亚板块分裂出来的陆壳碎片。由于这个海脊向北移动并下沉,就产生了一直到现今的连续海洋沉积,从而得到连续的古海洋记录。海脊顶面高于周围的深海平原约3000米,从而保证了海脊顶部的沉积物不受浊流的影响。ACEX的首要科学目标在于通过钻探获得连续的沉积记录以及采集沉积物下部的基岩。

    ACEX面临的最大的困难是在钻探时保持钻探船的位置稳定,在钻探2~4米厚的海冰时,它以大约0.5节的速度航行。覆盖在罗姆诺索夫海脊上的海冰与跨越极地的冰漂物一起运动,并局部地影响了风、潮汐和洋流。直到现在,高海拔的北冰洋盆地,即科学界所说的“mare incognitum” 由于这些海冰的阻挠,还从未进行过深部钻探。

    根据钻头内沉积物的初步岸上研究结果表明,生物成因的碳酸钙只存在于更新世和全新世期间。上部170米代表了过去15 Ma以来的沉积,由冰筏碎屑沉积物和间断的小鹅卵石,表明冰盖在过去至少扩张到这个地方。冰盖的细节、时间和特点还有待于进一步研究。在这个连续沉积记录的下部,记录了从晚始新世到渐新世的沉积间断。这可能代表一个没有沉积的时间段,或者一个剥蚀的时期,是将沉积物从这个海脊搬走的侵蚀事件。中始新世的沉积记录是黑色、富有机质的硅质沉积。隔离的鹅卵石被解释为冰筏沉积的落石,现在在海底下239米,被填充进中始新世的沉积中。在下/中始新统界线附近发现了大量Azolla spp.的繁盛,表明在当时该地区是以低盐度的表层水为主导的。虽然地球物理调查认为沉积物的基底年龄为50 Ma,但是钻探结果发现了上古新统到下始新统界线的区段,这就是大家熟知的早始新世最热事件(EETM)。EETM期间,北冰洋是表层海水温暖的亚热带。ACEX钻入了下伏的沉积基岩,揭示了晚白垩纪时的浅水沉积环境。