航次介绍

话说南海深水海盆的沉积速率

        随着349航次钻取岩芯的增加,在船上七位古生物学家和五位沉积学家的日夜努力下,沉积地层分析工作战果叠出。其中既有不少“出人意料”之发现,也有一些“情理之中”、有规可循的新东西。如刘志飞教授几篇短文介绍,南海深部既有动荡多变的环境,也有相对平静的时期。贯穿这两类不同沉积历史的有两起标记性事件,一是大洋玄武岩基底上总是覆盖一层红棕色泥岩,二是红棕色泥岩之上才开始发育浊流沉积。这两套地层不仅产出有序,在不同站位它们的年龄也基本相同。前者主要发生在一千六百万年前后,也就是南海扩张停止时期;后者出现在八九百万年以来(地质年代为晚中新世以来),我们推测这与南海弧后构造活动增强有关。这两套地层的前后贯穿,记录了南海深部环境演化的基本规律。

        船上古生物工作不仅给沉积物定年,也计算特定时间段里的沉积速率,用于考证沉积物的多寡和沉积环境的动荡或平静。沉积速率的计算方法其实很简单,如果不考虑沉积物之间压实作用的差异,将沉积物年龄除以地层厚度,就可得出特定时间段内平均每千年有多少厘米沉积物堆积。我们的初步结果发现,南海红棕色泥岩的沉积速率每千年小于0.5厘米,与当今世界大洋深处的红褐色远洋软泥相当。然而,南海浊流沉积速率可达每千年5~15厘米,是红棕色泥岩的10倍至30倍。这说明什么问题呢?红棕色泥岩与浊积岩截然不同的沉积速率,一方面说明南海扩张之后深水海盆可能在热沉降阶段存在长时间较稳定的氧化环境,另一方面也说明深水海盆的动荡环境只有近八九百万年的历史。换句话说,深海浊积岩的出现标志着南海沉积中心开始由陆坡转向深水海盆,反映南海深部沉积过程的历史变迁。

       南海大洋钻探ODP184航次(1999年)曾经在水深3300米处的1148站钻取岩芯,那时的研究显示在南海形成初期的沉积速率有每千年10厘米以上,代表了南海深水区早期的沉积中心,往后在八九百万年以来却减为每千年2~6厘米。而我们的349航次在更深水处的站位同期的沉积速率却快速增加,这是否反映沉积中心向南海深部迁移呢?349航次的发现可以说是给了肯定的回答。

左:南海深海沉积物; 右:“决心号”上看南海夕阳

        南海深水海盆作为沉积中心,在我们的第三个站位(编号U1433)表现得更加明显。这里二百六十万年以来的第四纪沉积物,钻前预测可望有180米厚,但钻后的古生物地层分析结果发现有340米,其中200米属最近一百万年的泥质沉积,折算成平均沉积速率高达每千年20厘米,代表迄今为止南海深水海盆的最高沉积速率记录。为什么过去一百万年中突然有这么多泥沙堆积到南海深水海盆中呢?我们大胆推测,这可能与所谓的中更新世气候转型有关。

        距今约一百万年前,地球绕太阳运行的主要轨道周期由四万年的斜率周期转变到十万年的偏心率周期,反映到气候上就是我们常说的冰期—间冰期旋回,一个旋回就是十万年。我们现在正处于间冰期,有高海平面;而末次盛冰期出现在一万年前,海平面比现在低约120米,那时地球上的好多水由于寒冷都变成冰堆积在两极及高纬度地区,就像电影《后天》(“The Day after Tomorrow”)所展示的一样。所以,间冰期的高温高湿可能造成强烈的地表风化,形成大量松散泥沙。季风降水不仅加剧风化,而且将泥沙主要经江河搬入南海。这些泥沙在间冰期高海面时一般被堆积于河口三角洲和浅水陆架区,而在冰期低海面时会直接被倒入陆坡区。同时,由于冰期南海的面积和体积双双变小,表层环流增强,会造成大范围的陆坡崩塌和泥质再悬浮、再搬运、再沉积,最终在深水海盆中部沉积下来。过去一百万年中有十次这样的旋回,结果造成我们的第三个站位高达每千年20厘米的沉积速率,为我们探讨南海深水海盆演化提供了难得的证据。

 

(作者:李前裕,2014年3月25日,于南海“决心号”钻探船)

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