北大西洋千年尺度古气候研究之二——IODP306航次介绍

    IODP306航次于2005年3月2日至4月25日在北大西洋实施。航次的首席科学家由日本海洋科技中心的Toshiya Kanamatsu教授与德国阿尔弗雷德—魏格纳极地研究所的Ruediger Stein教授担任。该航次在4个站位共钻井10口,获得总长2341米的岩芯并成功在ODP642站安装了海底监测系统——去循环扰动工具箱(CORK)。

    306航次是303航次的延续,是北大西洋古海洋学研究的第二个航次,该航次的科学目标是建立一个晚新近纪—第四纪的高分辨率年代地层学模式,获得北大西洋古气候研究的替代指标,通过辅助的古地磁强度年代学使得北大西洋古气候学的研究和对比达到亚米兰柯维奇周期的水平。此外,306航次还包括在ODP642站附近安装CORK的任务,通过进行高精度的温度-深度测量来研究重建十年尺度到百年尺度的底层水温度变化历史的可能性。

    由于拉不拉多海的恶劣天气使得原计划在Eirik Drift实施的两个站位无法钻探。因此,该航次将有关北大西洋古海洋学的研究的站位选择在大西洋冰筏碎屑沉积带南部的Gardar Drift。从DSDP94航次和传统的活塞取样的研究结果可以知道这一地区可以提供古地磁和同位素年龄控制,并且具有足够高的沉积速率来重建晚新近纪到更新世的表层海水和底层海水特征和冰盖稳定性的变化历史。

    U1312站是对608站的重新钻进,其主要目标是获得新近纪到第四纪时期连续的表层和底层水特征以及它们与冰盖稳定性相互作用的连续记录。在这种背景下,这一站位的一个重要任务就是通过高级液压活塞取样得到连续无扰动的上中新统岩芯。U1312站全新统到上中新统的沉积序列为不断变化的生源的和碎屑成分,主要是钙质超微化石,有孔虫和粘土矿物。在约3.5 Ma时,北半球气候持续变冷,逐渐导致了大陆冰盖在约2.7 Ma时形成,使得碎屑沉积的不断增加,造成了晚上新世—更新世气候控制的碎屑输入在短时间尺度上的变化。其特点是:平均沉积速率在晚中新世,晚上新世和更新世时较低,在早上新世时较高。

U1312站的沉积序列代表了过去11个Ma的沉积,可以研究短时间尺度和长时间尺度上的气候变化以及在各种不同边界条件下的海气相互作用。例如在中新世末期(6-5 Ma)大西洋和地中海的关闭和重新开放,巴拿马地峡的关闭(4.5-3 Ma),以及在大约2.7 Ma时北半球大冰盖的形成。

    U1313站是对607站的重新钻进,共钻取了四个孔,最大进尺308.6米。在U1313站,从更新统到上中新统的沉积物主要为微体化石软泥、有孔虫和粘土至砂砾级的陆源物质。U1313站提供了一个独一无二、连续完整的从上新世到更新世的沉积序列,具有稳定的沉积速率。这个站位的岩芯可以重建过去5 Ma以来的海水温度变化及其与冰盖稳定性的关系和深水环流的变化,高达13-14 cm/ky的沉积速率可以保证高分辨率古环境研究的实现。

    在U1314站,获得了一个完整的从上上新统到更新统的层序,其显著特征是沉积速率较高,达到7-11 cm/ky。因为它的位置接近冰筏碎屑沉积带和北大西洋深层水(NADW),这一剖面可以被用来建立过去的2.7 Ma以来的高分辨率(千年到次千年尺度)的表层水和底层水环境变化记录。

    在U1315站——在接近642站的地方成功地在一个深180米的钻孔里安装了新的密封钻孔的观测系统——CORK,通过一个电热调节器/数据记录器来记录过去的5 Ma以来的BWT变化并监测它在次底层的扩散。为了评估这一地区当前的背景热条件,通过TAP工具和FMS-声波的工具链,在642E孔实施了大约600米深的测井。上部的10米具有很陡的热温梯度(约2500C/km),在此深度之下,钻孔的热温梯度相对较低约为22。在深度为海底以下500时,发现了一个较强的约42度的温度正偏移,可能指示了流体的渗透。

    相信在未来的几年中,通过多种手段(沉积学,微体古生物学和地球化学)的研究,在理解快速气候变化机制方面将有突破性的进展,这也是当今全球变化研究的一个重要挑战。