航次介绍

IODP 385 航次报告(3)

  

报告人:冉莉华

自然资源部第二海洋研究所

 

一、航次情况简介

 

       2019年9月16日至11月16日,本人由中国IODP办公室派出,作为特招微体古生物学家参加了IODP 385航次。IODP 385航次研究区域为东太平洋边缘海加利福尼亚湾瓜伊马斯海盆,其研究主题为构造和深部生物圈。瓜伊马斯盆地是一个兼具活动海底扩张和有机质快速沉积特征的年轻大陆边缘裂谷盆地,本航次主要科学目标是通过高分辨率的沉积记录,结合地震剖面和测井数据,研究沉积作用、岩浆活动、流体和微生物活动过程与碳循环之间的相互关系。

       本人所在的生物地层学研究组,主要负责通过分析特定微体化石(硅藻和超微化石)的年代标志种类,为钻孔沉积物确定初步的年代框架。本人在其中主要负责海洋沉积硅藻的鉴定分析和地层年代确定。

 

 

IODP 385航次生物地层组成员合影

(左一、中国暨南大学姜仕军教授;左二:墨西哥国立自治大学地质研究所Ligia Perez-Cruz教授;右一、美国德州农工大学地质与地球物理系John Sarao Jr.博士生;右二、中国自然资源部第二海洋研究所冉莉华副研究员)

 

 

冉莉华在微古实验室鉴定沉积硅藻种群

 

 

二、航次期间所获得的主要成果和认识

 

1)海洋硅藻地层学分析结果

 

       加利福利亚湾瓜伊马斯海盆具有海洋生产力高、深层海水缺氧及沉积速率高等特征。此次IODP 385航次总共在瓜伊马斯海盆8个站位(site 1545至site 1552)钻取了26个钻孔(hole)。其中1546站C孔钻孔深度超过540米,是该航次所获取最深的钻孔,根据超微化石鉴定结果发现,1546站C孔底部沉积物年龄超过0.44Ma,其余所有站位钻孔底部沉积物年龄均小于该年龄。初步估计整个瓜伊马斯海盆区沉积速率不低于1000m/Ma。在太平洋低纬度海域,具有年代学诊断意义的海洋硅藻化石最晚一次的灭绝时间为0.72Ma(Fragilariopsis reinholdii),因此整个航次所获取的所有钻孔中未找到具年代诊断意义的海洋硅藻化石。

 

 

IODP 385钻孔站位分布图

 

2)海洋硅藻溶解、保存和成岩过程

 

       瓜伊马斯海盆是年轻的大陆边缘裂谷盆地,受深部岩浆活动及热液活动的强烈影响。在整个瓜伊马斯海盆深部,发现了大量因为岩浆活动侵入冷却后形成的海底岩床(sill)。岩浆和热液活动改变了瓜伊马斯海盆海底沉积物的物理和化学环境,对海底物质和能量循环产生了巨大影响。IODP 385航次主要关注瓜伊马斯深部构造和岩浆活动对海洋碳循环的影响,而其对海洋硅循环的影响并非航次主要目的。硅藻是加利福利亚湾生物硅的主要组成成分,海底沉积环境的特殊性决定了瓜伊马斯海盆区硅藻沉积、再矿化及成岩过程的特殊性。

       沉积硅藻的初步分析结果发现,该海域西北部受岩浆活动明显影响的钻孔底部都出现硅藻突然消失的现象,更进一步的电镜分析发现在硅藻含量较丰富的深度到硅藻消失的深度之间,出现了明显的生物硅成岩过程,表明在此区域深部沉积物中硅藻的消失并非由古海洋和气候变化导致的海洋环境变化所引起,而与岩浆侵入导致生物硅成岩过程提前和加剧有关。

此外,在受岩浆活动影响强烈的钻孔中,发现沉积物孔隙水中硅酸盐含量异乎寻常地高,并且与沉积物测井温度有明显的正相关,表明岩浆活动导致的高温加剧了生物硅的溶解,降低了硅藻的保存程度,这可能对硅藻作为古环境替代指标重建古海洋环境造成一定影响。

 

(3)硅藻古海洋学

 

       现代加利福利亚湾海洋环境具有明显的季节变化规律,表现为冬季盛行西北风,混合层较深,上升流发育,真光层营养盐丰富,海洋生产力高,夏季盛行东南风,较温暖的东太平洋表层水入侵,海水层化,真光层营养盐含量较低,生产力低。同时加利福利亚湾海洋环境还受到厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)的影响,在厄尔尼诺的影响下,加利福利亚湾可能出现表层水温增加,海水层化加剧等现象,同时也可能通过影响周边陆地的降水及径流来间接影响加利福利亚湾海洋环境。

       加利福利亚湾中层海水主要来自于溶解氧水平较低的北太平洋中层水,加上上层海洋高生产力,大量有机质降解导致了中深层海水缺氧,为该海域有机质保存创造了良好的条件。在IODP 385航次所获取的钻孔沉积物中,发现了大量保存很好的纹层沉积,可达到年际甚至季节分辨率,具有极高的古海洋研究价值。

       根据初步的海洋硅藻分析结果,发现瓜伊马斯海盆区沉积物中海洋硅藻群落组成存在非常明显的时间变化和空间联系,其中有一些能指示暖水、冷水、淡水输入等环境的特征硅藻种类具有非常显著的时间变化规律,这为利用沉积硅藻重建加利福利亚湾海洋环境变化提供了很好的样品基础。

 

三、拟开展的航次后研究计划

 

       根据航次期间所获得的初步认识,本人拟从以下两个方面开展IODP 385航次后研究工作:

       1)通过硅藻鉴定、硅藻溶解指数分析、生物硅含量、生物硅和溶解硅硅同位素等研究手段,厘清岩浆活动或热液活动对瓜伊马斯海盆区生物硅及硅藻的溶保存、矿化、成岩等过程的影响,及其对硅循环的影响以及与碳循环的耦合过程;

       2)利用传统的硅藻鉴定和生物硅含量分析,结合硅藻硅同位素和氮同位素分析,重建晚更新世以来加利福利亚湾海洋环境的变化,寻找东太平洋古厄尔尼诺或类厄尔尼诺现象记录,探讨晚更新世以来东太平洋低纬度边缘海海洋环境与高纬度太平洋海洋环境的遥相关,以及与全球冰期间冰期旋回的耦合关联。 

 

 

 

 

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