李冬玲 沙龍濱 劉焱光 蔣 輝 吳燕妮

(1. 寧波大學(xué) 地理與空間信息技術(shù)系 寧波 315211; 2. 國(guó)家海洋局第一海洋研究所 海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266061; 3. 華東師范大學(xué) 地理信息科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200062 )

北極—北大西洋地區(qū)由于其海冰、冰川和大陸冰蓋覆蓋面積廣, 反射率高(為開放大洋的 5—10倍),生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱, 是全球氣候變化最為敏感的區(qū)域之一。大量研究表明, 大氣—海冰—海洋之間的正反饋效應(yīng)使得該地區(qū)在全球氣候變化中的作用被放大(Overpeck et al, 1997), 其自身微小的變化就能給全球氣候帶來(lái)較大影響。在全球變暖的背景下, 北極—北大西洋地區(qū)的近表層氣溫變化是全球平均值的兩倍(Solomon et al, 2007)。而西格陵蘭地區(qū)位于格陵蘭島西部, 巴芬灣和戴維斯海峽東側(cè), 由于特殊的地理位置(北極—北大西洋地區(qū)), 其對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)十分敏感, 因此該區(qū)域氣候及海洋環(huán)境演變逐漸受到研究者的廣泛關(guān)注。

在西格陵蘭北部的巴芬灣地區(qū), Levac等(2001)根據(jù)海洋沉積物中孢粉及溝鞭藻孢囊重建了該區(qū)域全新世以來(lái)的海水表層溫度變化, 發(fā)現(xiàn)早中全新世時(shí)海水表層溫度較高, 其中最高溫比現(xiàn)代高出約 3°C;晚全新世以來(lái)海洋環(huán)境轉(zhuǎn)冷, 海冰覆蓋面積擴(kuò)大。格陵蘭西南部峽灣也是研究者廣泛關(guān)注的區(qū)域。其中Lassen等(2004)和Roncaglia等(2004)分別對(duì)格陵蘭西南部 Igaliku峽灣沉積物中的底棲有孔蟲和溝鞭藻孢囊做了研究, 其結(jié)果記錄了明顯的中世紀(jì)暖期和小冰期。在Igaliku峽灣更北的Ameralik峽灣, 其沉積物粒度、元素地球化學(xué)、有孔蟲及硅藻分析的結(jié)果顯示該峽灣在4400—3200a BP期間經(jīng)歷了全新世大暖期的末段, 之后氣候逐漸轉(zhuǎn)冷且波動(dòng)變化, 且Ameralik峽灣的這種變化與 Igaliku峽灣及北大西洋地區(qū)的氣候變化有很好的一致性(M?ller et al, 2006;Seidenkrantz et al, 2007; Ren et al, 2009)。

此外, 位于西格陵蘭中部的Disko灣由于灣口較大, 能與灣外水團(tuán)進(jìn)行順利交換, 且有大量格陵蘭冰川融水經(jīng)峽灣流入灣內(nèi), 因此, 了解 Disko灣水團(tuán)性質(zhì)是十分必要的。通過對(duì)Disko灣內(nèi)Jakobshavn峽灣兩個(gè)鉆孔的有孔蟲和粒度進(jìn)行分析, Lloyd等(2005)發(fā)現(xiàn)9200—7800a BP西格陵蘭洋流的增強(qiáng)與冰蓋的后退同步發(fā)生; 7800a BP之后西格陵蘭洋流開始影響Disko灣東部。Moros等(2006)和Lloyd等(2007)對(duì)該地區(qū)的相關(guān)研究同樣揭示了Disko灣地區(qū)暖期與西格陵蘭洋流中北大西洋暖流的增強(qiáng)密切相關(guān)。Lloyd(2006b)分析了 Disko灣表層沉積物中底棲有孔蟲的分布, 認(rèn)為有孔蟲屬種的分布特征與西格陵蘭洋流攜帶的冷、暖水團(tuán)強(qiáng)度有關(guān)。Seidenkrantz等(2008)通過Disko灣內(nèi)溝鞭藻的含量變化重建了3000年以來(lái)大西洋暖水團(tuán)的變化情況。以上研究均表明,西格陵蘭洋流中冷、暖水團(tuán)的此消彼長(zhǎng)對(duì)Disko灣的氣候及海洋環(huán)境變化影響顯著。

然而, 這些研究都集中在 Disko灣灣口及中部,對(duì) Disko灣北部 Vaigat海峽處的相關(guān)研究則較少。Andresen等(2011)通過對(duì)Vaigat海峽沉積物的巖性、鞭毛藻及有孔蟲的分析, 發(fā)現(xiàn)中全新世以來(lái)西格陵蘭洋流對(duì)該區(qū)域海洋環(huán)境演化具有十分重要的影響。此外, Sha等(2014)重建了該區(qū)域中全新世以來(lái)的海冰密集度變化, 同樣發(fā)現(xiàn)西格陵蘭洋流冷、暖水團(tuán)的變化是除太陽(yáng)輻射強(qiáng)度變化之外另一個(gè)重要的海冰密集度變化驅(qū)動(dòng)因素。但以上研究只是通過各指標(biāo)屬種的分布簡(jiǎn)單描述了西格陵蘭洋流的變化, 缺乏對(duì)洋流強(qiáng)度的系統(tǒng)研究。

硅藻化石種類多、數(shù)量大、分布廣, 對(duì)溫度、鹽度及水深等環(huán)境變化反應(yīng)敏感, 且易于保存, 能反映水團(tuán)特性的變化, 是良好的環(huán)境指示器, 因而被廣泛應(yīng)用于古氣候、古海洋環(huán)境演變研究中(Hendey, 1964;Hasle et al, 1997)。近年來(lái), 研究者通過對(duì)北極―北大西洋地區(qū)化石硅藻組合的系統(tǒng)研究, 為了解北極高緯地區(qū)古氣候及古海洋環(huán)境演變提供了詳細(xì)資料(Ko? Karpuz et al, 1990, 1993; Williams, 1990; Cremer,1999; Jiang et al, 2001, 2002, 2005, 2015)。本文以海洋沉積硅藻為研究對(duì)象, 通過對(duì)西格陵蘭Disko灣北部Vaigat海峽內(nèi)沉積鉆孔中特征性硅藻屬種的百分含量變化進(jìn)行研究, 并運(yùn)用主成分分析方法, 試圖對(duì)研究區(qū)中全新世以來(lái)西格陵蘭洋流中冷、暖水團(tuán)的強(qiáng)度變化進(jìn)行系統(tǒng)的研究, 從而為進(jìn)一步系統(tǒng)論證北極—北大西洋地區(qū)全新世海冰變化的影響機(jī)制提供佐證。

1 區(qū)域概況

Disko 灣位于 68°30′—69°15′N, 50°—54°W, 是西格陵蘭地區(qū)較大的海灣之一, 面積約為 4×104km2(圖1)。其緯度位置決定了該區(qū)域溫度季節(jié)變化較大, 且太陽(yáng)光照時(shí)間也存在著明顯的季節(jié)變化(11月下旬至次年1 月中旬處于極夜)。Disko灣海底地形復(fù)雜, 海槽、海檻較多。西南部灣口處的Egedesminde Dyb海槽水深最大約1000m; 灣中部平均水深在200—400m;灣北部的Vaigat海峽處最大水深約600m (Andresen et al, 2011)。

圖1 北大西洋表層海洋環(huán)流系統(tǒng)(a)及DA06-139G孔的站位圖(b)Fig.1 Oceanographic surface current system in the North Atlantic (a) and location of core DA06-139G (b)

Disko灣北部的Vaigat海峽位于Disko島和格陵蘭大陸之間, 長(zhǎng)約130km, 寬約20—25km (Andresen et al,2011)。Vaigat海峽不僅是西格陵蘭洋流流出的必經(jīng)之地,也是灣內(nèi)浮冰流入巴芬灣的主要出口。而 Jakobshavn峽灣是Disko灣最重要的冰川出口?，F(xiàn)代Jakobshavn港位于 Jakobshavn峽灣的最前端, 格陵蘭冰蓋近 7%的冰融水排入港內(nèi)(Bindschadler, 1984)。西格陵蘭中部每年冰川崩解后有約1/3經(jīng)Jakobshavn峽灣流入Disko灣。Disko灣海底的幾個(gè)主要海槽很可能是冰期Jakobshavn Isbrae冰川向西前進(jìn)侵蝕而成(Long et al, 2003)。

Disko灣復(fù)雜的地形也使得灣內(nèi)水文特性與西格陵蘭沿岸其他區(qū)域明顯不同(Jensen, 2003)。Disko灣的現(xiàn)代水文特征主要受西格陵蘭流(West Greenland Current, WGC)的影響。西格陵蘭洋流的上層水團(tuán)主要來(lái)自東格陵蘭寒流(East Greenland Current, EGC,全年水溫都低于0°C, 平均為-1.8°C, 鹽度為32—33)的極地水和西南格陵蘭的冰川融水(Jennings et al,1996, 2002), 下層水團(tuán)為來(lái)自印明格暖流 (Irminger Current, IC, 溫度約 4—6°C, 鹽度約 35)的大西洋暖水團(tuán), 深度約為 200—500m (Eiríksson et al, 2000;Cuny et al, 2002)。此外, 由Jakobshavn峽灣流出的冰融水和冰山也對(duì) Disko灣水文特征產(chǎn)生重要的影響,冰融水及冰山在洋流的作用下繼續(xù)北上經(jīng) Vaigat海峽注入巴芬灣(Andresen et al, 2011)。每年夏季, 格陵蘭冰蓋及海冰大量融化, 造成灣內(nèi)水團(tuán)分層明顯; 而9月份開始冰蓋海冰融化減弱, 氣旋活動(dòng)增強(qiáng), 導(dǎo)致水團(tuán)交換不斷加強(qiáng), 特別是冬季時(shí)灣內(nèi)水團(tuán)鹽度較為均一(Andresen et al, 2011)。大量研究表明, 西格陵蘭洋流中冷、暖水團(tuán)的強(qiáng)度變化決定了Disko灣特別是 Vaigat海峽處的海洋環(huán)境演變(Lloyd, 2006b;Andresen et al, 2011)。

Disko灣現(xiàn)代海冰分布具有明顯的季節(jié)性, 每年1月中旬至4月中旬被海冰覆蓋, 平均厚度約為0.7m,其余時(shí)間以冰山分布為主(Andresen et al, 2011)。Disko灣是格陵蘭西部最為典型的冰山分布區(qū)域之一。灣內(nèi)冰山一部分在西格陵蘭洋流的攜帶下經(jīng)Vaigat海峽流入巴芬灣, 然后繼續(xù)北上; 另一部分經(jīng)戴維斯海峽進(jìn)入Labrador海, 然后在Baffin-Labrador流攜帶下南下(Tang et al, 2004)。

2 材料和方法

2.1 硅藻樣品處理與屬種統(tǒng)計(jì)

DA06-139G(70°05.486′N, 52°53.585′W)為 2006年丹麥Dana航次于Vaigat海峽所鉆取的柱狀巖心(圖1)(Dalhoff et al, 2007)。該孔位于南Vaigat海峽的中部, 水深384m, 柱長(zhǎng)4.46m。

本文對(duì)DA06-139G孔共采集了90個(gè)樣品, 采樣間隔為 5cm。硅藻樣品按 H?kansson(1990)的方法處理, 先加入 10% HCl去除鈣質(zhì), 然后用蒸餾水洗凈,再加入30% H2O2后, 在恒溫 60°C下水浴加熱1—2h直至沉積物呈灰白色, 以去除沉積物中的有機(jī)質(zhì), 洗凈后用 Naphrax膠制片, 然后在 1000倍徠卡油鏡下進(jìn)行屬種鑒定, 每個(gè)樣品至少計(jì) 300個(gè)硅藻殼面(Chaetoceros休眠孢子除外)。

2.2 年代框架

DA06-139G孔測(cè)年由丹麥Aarhus大學(xué)加速器質(zhì)譜(AMS)14C測(cè)試中心完成, 共測(cè)得10個(gè)AMS14C數(shù)據(jù), 測(cè)年材料分別為海洋軟體動(dòng)物殼體、海洋植物碎屑以及底棲有孔蟲(表1, 圖2)。所有的14C年齡均利用OxCal 4.1軟件(Ramsey, 2008)的Marine09數(shù)據(jù)庫(kù)(Reimer et al, 2009)校正為日歷年齡(a BP), 其中碳儲(chǔ)庫(kù)年齡R為540±30年(McNeely et al, 2006; Lloyd et al, 2011)。各測(cè)年點(diǎn)之間采用線性插值和外推以計(jì)算各個(gè)深度的年齡。

2.3 主成分分析

主成分分析(principal component analysis, PCA)是一種常見的統(tǒng)計(jì)分析方法, 其原理主要是通過特定的降維手段將眾多變量轉(zhuǎn)化為幾個(gè)主成分(綜合變量), 這些主成分能夠準(zhǔn)確反映出原始變量的絕大部分信息。

本文采用CANOCO軟件對(duì)DA06-139G孔硅藻屬種結(jié)果進(jìn)行主成分分析, 研究 5000年以來(lái)鉆孔所在海域不同硅藻屬種間的相互關(guān)系, 并結(jié)合硅藻屬種的生態(tài)環(huán)境意義, 確定主成分軸所指示的環(huán)境指標(biāo), 進(jìn)而對(duì)環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行定量/半定量探討。主成分屬種載荷圖(圖 4)展示了不同屬種間的相互關(guān)系,其中各矢量軸表示主要的硅藻屬種, 橫、縱坐標(biāo)軸(軸一和軸二)表示最主要的主成分。矢量軸的長(zhǎng)短與其代表的硅藻屬種的豐富程度呈正比。各矢量間及其與坐標(biāo)軸之間的夾角代表了屬種之間以及屬種與各主成分之間的相關(guān)性, 夾角為 90°時(shí), 表明兩者間無(wú)明顯相關(guān)性, 夾角小于或大于 90°則分別表示兩者呈正相關(guān)或負(fù)相關(guān)關(guān)系, 而硅藻屬種與環(huán)境變量之間的定量關(guān)系則由其在主成分軸上的投影得到。

表1 DA06-139G孔AMS14C測(cè)年資料 (Andresen etal, 2011; Sha etal, 2014)Tab.1 AMS 14C age determinations on core DA06-139G

圖2 DA06-139G孔深度-年代模式圖Fig.2 Age-depth model of gravity Core DA06-139G

3 主要硅藻屬種生態(tài)及古環(huán)境意義

Disko灣 DA06-139G孔共鑒定硅藻樣品 90個(gè),主要硅藻屬種有Thalassiosiraantarcticavar.borealisresting spores,T.antarcticavegetative cells,Fragilariopsiscylindrus,Fossulaarctica,Thalassiosira bulbosa,Fragilariopsisoceanica,Thalassiosira nordenskioeldii,Bacterosirabathyomphala,Detonula confervaceaeresting spores,Thalassiosirahyalina,Thalassionemanitzschioides及Thalassiosiraoestrupii。其中, 廣布種T.antarcticavar.borealisresting spores以及T.antarcticavegetative cells占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 其含量多在40%以上 (Shaetal, 2014)。

DA06-139G孔所發(fā)現(xiàn)的硅藻海冰種主要包括F.cylindrus,F.arctica,T.bulbosa和D.confervaceaeresting spores。

F.cylindrus是典型的極地海冰硅藻種(Medlinet al, 1990; Hasleetal, 1997)。該種廣泛分布于南北兩極,既可生活在冰下甚至冰內(nèi), 同時(shí)也可以存在于冰緣區(qū)域(Hasleetal, 1997)。在Nordic海海域該種是海冰型硅藻組合的主要組成成分, 主要分布于格陵蘭海西部(Ko? Karpuzetal, 1990); 在冰島附近海域該種是海冰硅藻群落的最主要組成成分, 分布在受東格陵蘭寒流影響強(qiáng)烈的海域(Jiangetal, 2001)。Ren等(2014)通過對(duì)北太平洋表層沉積物硅藻的現(xiàn)代分布特征進(jìn)行研究, 發(fā)現(xiàn)F.cylindrus分布在冬季海冰覆蓋區(qū)域內(nèi), 且該種在海水表層溫度為 5—8°C的海域分布最廣, 而在海水表層溫度超過 12.5°C的海域沒有發(fā)現(xiàn)該種。

D.confervaceaeresting spores在北極、北冰洋Laptev海等是常見的海冰種(Bauchetal, 2000;Polyakova, 2001)。Syvertsen等(1984)研究發(fā)現(xiàn)T.bulbosa能在海冰或海冰邊緣生存, 因此也被認(rèn)為是海冰硅藻的重要組成。F.arctica是常見的極地半咸水種, 主要分布在海冰周圍(von Quillfeldt, 1996), 在Disko灣(Jensen, 2003; Krawczyketal, 2010)和 Nares海峽(Knudsenetal, 2008)沉積物中均有發(fā)現(xiàn)。因此,以上四種硅藻被認(rèn)為是北大西洋西北部海域最典型的海冰硅藻種屬, 其含量越高, 表明海冰覆蓋范圍越廣(Syvertsenetal, 1984; Jensen, 2003; Krawczyketal,2010; Shaetal, 2014)。

DA06-139G孔所發(fā)現(xiàn)的極地冷水種主要包括F.oceanica,T.nordenskioeldii,B.bathyomphala以及T.hyalina。F.oceanica是一種常見的極地浮游硅藻, 與海冰關(guān)系密切(Hasleetal, 1997), 因此, 與F.cylindrus一樣, 該種之前常被作為海冰指示種( Ko? Karpuz et al, 1990; Jiang et al, 2001)。然而, 最近一些研究發(fā)現(xiàn)兩者的生活環(huán)境存在較大差異(Jensen et al,2004; Ren et al, 2009; Sha et al, 2014)。Heimdal (1989)用 F. oceanica指示西格陵蘭洋流冷暖混合水團(tuán)。Jensen等( 2004)認(rèn)為 F. oceanica的生活環(huán)境較 F.cylindrus偏暖。Disko灣表層硅藻屬種與環(huán)境變量的CCA分析(Canonical correspondence analysis)也顯示F. oceanica與海冰密集度無(wú)明顯相關(guān)性(Sha et al,2014), 因此本文認(rèn)為該種可能反映了極地冷水團(tuán)對(duì)研究區(qū)的影響。

B. bathyomphala主要分布在北半球冷水海域(Hasle et al, 1997)。已有研究發(fā)現(xiàn)在挪威海的西南海域, 該種與海冰有著密切的聯(lián)系, 它也是Nordic海海冰硅藻組合的重要組成部分(Ko? Karpuz et al, 1990)。但冰島附近海域沉積硅藻的研究結(jié)果(Jiang et al,2001)表明該種是極地冷水硅藻組合的重要組成, 其適宜的水溫條件比海冰種 F. cylindrus略高, 而與極地冷水硅藻的生存環(huán)境更為接近, 表明該種的分布主要受東格陵蘭寒流攜帶的極地冷水團(tuán)影響。

T. hyalina常出現(xiàn)于北大西洋極地海域(Hendey,1964), 前人研究顯示T. hyalina為極地冷水種, 與春季海冰有密切關(guān)系(Kanaya et al, 1966)。Hasle等(1997)認(rèn)為該種主要分布于北半球冷水到溫水海域。Jiang等(2001)通過對(duì)冰島附近海域表層沉積硅藻的研究,發(fā)現(xiàn)該種主要分布于冰島北部和西部受冷水團(tuán)影響的陸架海域。

T. nordenskioeldii是一種分布于北半球極地地區(qū)的冷水種, 廣泛分布于北大西洋、北海、及北冰洋等沿岸海域(Hendey, 1964; Hasle et al, 1997)。該種春季時(shí)大量繁殖, 含量迅速增加, 有時(shí)也出現(xiàn)在浮冰邊緣(De Sève and Dunbar, 1990; Cremer, 1999)。Karentz 等(1984)通過研究美國(guó)東北部 Narragansett灣浮游硅藻1959—1980年的溫度及季節(jié)分布特征, 發(fā)現(xiàn) T.nordenskioeldii是冬季浮游種, 其生長(zhǎng)的最適宜水溫在(2.8±1.8)°C。T. antarctica var. borealis resting spores作為主要的北方硅藻種, 廣泛分布于北半球冷水到溫水海域(Hasle et al, 1997; von Quillfeldt, 2000)。通過對(duì)西格陵蘭海域浮游植物群落的研究發(fā)現(xiàn), T.antarctica var. borealis休眠孢子在春、夏季無(wú)海冰覆蓋的海域大量繁殖生長(zhǎng), 且主要分布在西格陵蘭外海海域(Krawczyk et al, 2014)。

DA06-139G孔所發(fā)現(xiàn)的暖水種主要包括 T.nitzschioides和T. oestrupii。T. nitzschioides作為廣布種在北海和英吉利海峽中都有被發(fā)現(xiàn)(Hendey, 1964),但從未在北極地區(qū)發(fā)現(xiàn)過該種(Hasle et al, 1997)。在Nordic海(Ko? Karpuz et al, 1990)、Skagerrak 海(Jiang,1996)以及冰島南部和西部海域(Jiang et al, 2001), T.nitzschioides大量出現(xiàn), 反映出該種與大西洋暖水團(tuán)(平均鹽度＞34.9, 平均海水表層溫度＞3°C)聯(lián)系緊密,其百分含量隨著印明格暖流的減弱而逐漸降低。對(duì)冰島附近海域表層沉積物硅藻分布的研究發(fā)現(xiàn), T.nitzschioides含量在冰島南部最高, 在冰島西部和北部逐漸減少(Jiang et al, 2001)。此外, 在Disko灣和格陵蘭西部海域, 其百分含量?jī)H占 1%左右(Sha et al,2014)。因此, T. nitzschioides含量的波動(dòng)可用來(lái)反映大西洋暖水團(tuán)的強(qiáng)弱變化。

T. oestrupii是一種暖水至溫水硅藻種(Hasle et al,1997), 廣泛分布于低緯度暖水海域(Jiang et al,2006)。在 Nordic海海域, 該種是大西洋硅藻組合的主要組成屬種(Ko? Karpuz et al, 1990), 主要分布在受北大西洋暖流影響的海域。Jiang等(2001)通過研究冰島周圍海域表層沉積硅藻的分布特征, 發(fā)現(xiàn) T.oestrupii在冰島南部和西南部海域含量最為豐富, 是該區(qū)域暖水硅藻群落的主要組成成分, 主要反映印明格暖流的強(qiáng)弱變化。

4 結(jié)果

4.1 特征性硅藻屬種分布

根據(jù)硅藻屬種的生態(tài)環(huán)境意義, 本文將DA06-139G孔除廣布種之外的海冰種硅藻、極地冷水種硅藻和暖水種硅藻的百分含量分別進(jìn)行求和,如圖3所示。其中, 海冰種硅藻(F. cylindrus, F. arctica,T. bulbosa和D. confervaceae resting spores)、極地冷水種硅藻(F. oceanica, T. nordenskioeldii, B.bathyomphala以及T. hyaline)百分含量的變化主要反映海冰及東格陵蘭寒流攜帶的極地冷水團(tuán)對(duì)研究區(qū)海洋環(huán)境的影響; 而暖水種硅藻(T. nitzschioides和T.oestrupii)的百分含量變化主要反映印明格暖流攜帶的北大西洋暖水團(tuán)對(duì)研究區(qū)的影響。

5000—3800a BP期間, DA06-139G孔中海冰種硅藻百分含量多低于平均值 14.0%(圖 3a), 極地冷水種硅藻含量也低于平均值25.4%(圖3b), 而暖水硅藻的百分含量在該時(shí)期多高于平均值(圖 3c), 表明 Disko灣海域受極地冷水團(tuán)的影響較弱, 而受北大西洋暖水團(tuán)的影響相對(duì)較強(qiáng), 海洋環(huán)境較溫暖。

圖3 Disko灣DA06-139G孔5000年以來(lái)海冰種(a)、極地冷水種(b)和暖水種硅藻(c)的含量(%)變化(虛線為平均值)Fig.3 Changes in abundance of sea-ice species, Arctic species and warm water species over the past 5000 years in Disko Bugt(the dashed lines are the average values of sea-ice, Arctic and warm-water diatom species, respectively)

DA06-139G孔中海冰種的百分含量在 3800—3400a BP期間顯著增加, 隨后呈現(xiàn)平穩(wěn)的波動(dòng)變化(圖3a)。在2700—2300a BP期間, 其含量高于平均值14.0%, 而極地冷水種的含量在此期間也呈逐漸上升的趨勢(shì), 并達(dá)到峰值(圖 3b), 表明該時(shí)期 Disko灣受極地冷水團(tuán)的影響增強(qiáng), 海洋環(huán)境較為寒冷。相比較而言, 暖水種T. nitzschioides和T. oestrupii的含量在3050—2850a BP期間存在一個(gè)顯著的低值(圖3c), 也證明Disko灣該時(shí)期海水溫度較低。

DA06-139G孔海冰種和極地冷水種含量在2000—1500a BP期間顯著減少(圖3a, b), 而暖水硅藻的含量在此期間卻出現(xiàn)增加的趨勢(shì)(圖3c), 均表明該時(shí)期東格陵蘭寒流攜帶的極地冷水團(tuán)勢(shì)力減弱,Disko灣受北大西洋暖水團(tuán)的影響增強(qiáng), 海洋環(huán)境較為溫暖。

1500a BP以后, 海冰種和極地冷水種的含量開始波動(dòng)上升, 特別是在 650—0a BP期間, 其含量均達(dá)到峰值(圖3a, b)。暖水硅藻含量自1500a BP以后波動(dòng)較大, 且從 650 a BP開始顯著下降, 特別是在650—250a BP期間暖水硅藻幾乎沒有出現(xiàn)(圖3c), 以上都反映了1500a BP以來(lái), Disko灣主要受東格陵蘭寒流攜帶的極地冷水團(tuán)的影響, 海洋環(huán)境呈不斷變冷的趨勢(shì)。

4.2 主成分分析結(jié)果

為進(jìn)一步確定不同硅藻屬種的環(huán)境指示意義,本文對(duì)DA06-139G孔的硅藻屬種進(jìn)行了主成分分析,各屬種在主成分軸上的得分如圖4所示。主成分分析結(jié)果顯示, 第一和第二主成分對(duì)所有屬種變量總方差的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了 89.2%(主成分一: 79.7%; 主成分二: 9.5%), 而其余主成分貢獻(xiàn)率均較小。這表明第一和第二主成分可以解釋包含在所有屬種數(shù)據(jù)中的大部分信息, 因而可以通過研究第一和第二主成分所代表的環(huán)境意義, 來(lái)獲取研究區(qū)域主要的環(huán)境變化信息。

通過主成分屬種載荷圖可以看出, 硅藻種 F.cylindrus、D. confervaceae resting spores、T. bulbosa、T. hyalina、B. bathyomphala、T. nordenskioeldii和 F.oceanica等分布于載荷圖的右側(cè), 且與主成分軸一正方向的夾角小于90°(圖4), 這表明以上硅藻屬種與主成分軸一呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。另一方面, 硅藻種T.antarctica var. borealis resting spores、T. nitzschioides、T. oestrupii和Rhizosolenia borealis等分布于載荷圖的左側(cè), 與主成分軸一負(fù)方向的夾角小于 90°(圖 4),表明上述硅藻屬種與主成分軸一呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。結(jié)合主要硅藻屬種的生態(tài)環(huán)境意義不難發(fā)現(xiàn), 分布于主成分軸一正方向(即在軸一得分為正)的硅藻屬種主要以海冰種硅藻和極地冷水種硅藻為主, 而軸一負(fù)方向上(即在軸一得分為負(fù))的硅藻屬種以暖水種硅藻和廣布種為主。Disko灣Vaigat海峽處海洋環(huán)境的演變主要受攜帶極地冷水團(tuán)的東格陵蘭寒流和北大西洋暖流的分支印明格暖流共同影響 (Lloyd, 2006b;Andresen et al, 2011)。當(dāng)海冰種硅藻和極地冷水種硅藻得分較高時(shí)說明此時(shí)海洋環(huán)境受極地冷水團(tuán)影響較強(qiáng); 反之當(dāng)極地冷水團(tuán)勢(shì)力減弱, 北大西洋暖水團(tuán)增強(qiáng)時(shí), 暖水硅藻得分較高。綜上所述, 主成分軸一可以用來(lái)指示西格陵蘭地區(qū)極地冷水團(tuán)的強(qiáng)度變化。

此外, 由于主成分軸二對(duì)所有硅藻屬種變量總方差的貢獻(xiàn)較小(9.5%), 且主要硅藻屬種與主成分軸二的相互關(guān)系不明確, 無(wú)法確定主成分軸二所指示的環(huán)境意義, 因此本文將不對(duì)主成分軸二展開討論。

根據(jù)硅藻各屬種在主成分一上的得分, 計(jì)算DA06-139G孔沉積物樣品中各屬種含量的加權(quán)平均值, 得到各樣品在主成分一上的得分(圖 5a), 可用于評(píng)估5000年以來(lái)西格陵蘭地區(qū)極地冷水團(tuán)的強(qiáng)度變化, 樣品得分高指示了西格陵蘭地區(qū)極地冷水團(tuán)勢(shì)力較強(qiáng), Disko灣海水溫度相對(duì)較低, 海冰覆蓋度高;相反, 樣品得分低則表明極地冷水團(tuán)強(qiáng)度減弱, 北大西洋暖水團(tuán)的影響可能增強(qiáng), 灣內(nèi)海冰融化。

圖4 DA06-139G孔主成分分析屬種載荷圖Fig.4 Principal component analysis (PCA) of taxa scatter diagram of axis 1 against axis 2

由圖5a可以看出, 過去5000年以來(lái)DA06-139G孔各樣品在主成分一的得分呈現(xiàn)階梯式增加的趨勢(shì),表明中晚全新世以來(lái)Disko灣海域極地冷水團(tuán)的強(qiáng)度階段性增強(qiáng)。5000—3800a BP期間, 樣品在主成分一的得分較低; 之后樣品得分緩慢增加, 并在3800—2750a BP期間保持較為平穩(wěn)的變化; 2750a BP之后樣品得分再次增加, 該高值持續(xù)到 2000a BP左右; 樣品在主成分軸一的得分值在 1600a BP之后開始顯著升高, 特別是距今1500—1200a BP和650a BP之后, 得分更是達(dá)到峰值。

5 討論

5.1 5000—3800a BP氣候溫暖期

5000—3800a BP期間, DA06-139G孔各樣品在主成分一的得分較低(圖5a), 反映該時(shí)期東格陵蘭寒流所攜帶的極地冷水團(tuán)的強(qiáng)度較弱, 受此影響Vaigat海峽海冰種和極地冷水種硅藻含量較低而暖水種硅藻含量相對(duì)較高(圖3a, b)。該鉆孔的有孔蟲記錄也表明在5000—4500a BP期間進(jìn)入Vaigat海峽的極地冷水團(tuán)強(qiáng)度較弱, 而大西洋水團(tuán)在此期間對(duì)Vaigat海峽的影響較強(qiáng)(圖5b)(Andresen et al, 2011)。

全新世大暖期(Holocene thermal maximum, HTM)在格陵蘭地區(qū)持續(xù)的時(shí)間因區(qū)域而異。其中在格陵蘭南部地區(qū)HTM持續(xù)時(shí)間為7000—3000a BP (Kaplan et al, 2002); 在東格陵蘭陸架 HTM 結(jié)束于 4700a BP(Jennings et al, 2002; Kaufman et al, 2004); 而在西格陵蘭地區(qū)HTM結(jié)束于3500—3100a BP(M?ller et al,2006; Moros et al, 2006)。本文認(rèn)為5000—3800a BP期間Disko灣相對(duì)溫暖的海洋環(huán)境對(duì)應(yīng)于格陵蘭地區(qū)的HTM末期(Dahl-Jensen et al, 1998; Kaplan et al,2002; Kaufman et al, 2004)。

Jiang等( 2002)通過對(duì)冰島北部的沉積硅藻研究,發(fā)現(xiàn)在4600—3600a BP期間印明格暖流向北的分支增強(qiáng), 同時(shí)也伴隨著其向南分支(即影響西格陵蘭沿岸的暖水團(tuán))的逐漸增強(qiáng)(Moros et al, 2006; Lloyd et al, 2007)。來(lái)自格陵蘭東部、冰島南部及西南部的研究也表明, 印明格暖流的加強(qiáng), 會(huì)導(dǎo)致西格陵蘭洋流加強(qiáng)且變暖(Jennings et al, 2002; Knudsen et al, 2008;ólafsdóttir et al, 2010; Jennings et al, 2011)。

來(lái)自西南格陵蘭峽灣的相關(guān)研究表明, 在 HTM末期, 西南格陵蘭地區(qū)受北大西洋暖水團(tuán)的影響, 海水溫度較高, 而此時(shí)東格陵蘭寒流攜帶的極地冷水團(tuán)則較弱(Seidenkrantz et al, 2007; Ren et al, 2009)。北大西洋暖水團(tuán)的增強(qiáng), 抑制了極地冷水團(tuán)的北上,進(jìn)而影響Disko灣的水文和海洋環(huán)境變化。Disko灣南部?jī)蓚€(gè)沉積鉆孔的硅藻結(jié)果顯示, 4800—3500a BP期間海冰種硅藻含量明顯減少(Moros et al, 2006), 且重建的 Disko灣海冰密集度變化在 5000—3800a BP期間值較低(Sha et al, 2014, 圖5c), 以上均表明HTM末期Disko灣地區(qū)極地冷水團(tuán)強(qiáng)度較弱, 海冰覆蓋面積小, 海洋環(huán)境偏暖。

此外, 在西格陵蘭北部的巴芬灣, 海水表層溫度的重建結(jié)果顯示7300—4000a BP期間海水表層溫度比現(xiàn)在高出約 3°C且一年中有 4—5個(gè)月的無(wú)冰期(Levac et al, 2001); 有孔蟲記錄也表明該時(shí)期西格陵蘭洋流對(duì)巴芬灣的影響有所增強(qiáng)(Knudsen et al,2008)。

Camp Century冰芯與格陵蘭西部沿岸毗鄰, 因此Camp Century冰芯δ18O數(shù)據(jù)記錄的表層空氣溫度變化與西格陵蘭的海水溫度變化密切相關(guān)。Camp Century冰芯記錄顯示5500—3500a BP期間, 空氣溫度相對(duì)較高(圖5d)。Jakobshavn Isbr?附近的湖泊記錄也反映了當(dāng)時(shí)較為溫暖的陸地條件(Axford et al,2013)。Disko灣南部 Kangerlussuaq地區(qū)的高湖平面記錄也與當(dāng)時(shí)較為溫暖的的條件有關(guān)(Aebly et al,2009)。Briner等(2013)運(yùn)用貝殼年代學(xué)重建了冰雪覆蓋范圍, 認(rèn)為 5000—3000a BP期間冰雪覆蓋范圍最小。根據(jù)轉(zhuǎn)換函數(shù)定量重建的海冰密集度變化, 同樣顯示該時(shí)期 Disko灣海冰覆蓋面積較小(Sha et al,2014, 圖 5c), 該結(jié)果與加拿大極地群島的生物標(biāo)志物IP25記錄(Vare et al, 2009; Belt et al, 2010)以及冰島北部硅藻重建結(jié)果(Justwan et al, 2008)均相近。這表明極地冷水團(tuán)的減弱(或印明格暖流的增強(qiáng))是影響HTM末期海冰減少的重要因素。

5.2 3800—2000 a BP氣候較冷期

圖5 DA06-139G孔各樣品在主成分一上的得分(a)、該孔有孔蟲北大西洋暖水指示種的百分含量(Andresen et al, 2011)(b)、以及重建的四月海冰密集度(Sha et al, 2014)(c)與Camp Century冰芯的δ18O數(shù)據(jù)(Vinther et al, 2009)(d)的比較Fig.5 Comparison of the present diatom record (sample scores on axis 1) with the Atlantic foraminiferal assemblage and reconstructed April sea-ice concentration of core DA06-139G (Andresen et al, 2011; Sha et al, 2014), and the δ18O data from the Camp Century ice core (Vinther et al, 2009)

3800a BP之后, 主成分軸一的得分開始逐漸升高, 表明西格陵蘭洋流中極地冷水團(tuán)對(duì)Disko灣的影響緩慢增強(qiáng), 而北大西洋暖水團(tuán)的影響減弱, 對(duì)應(yīng)研究區(qū)海水溫度下降, 尤其是在 3700—3500a BP,3000—2800a BP和2500—2100a BP期間(圖5a)。根據(jù) DA06-139G孔的有孔蟲研究結(jié)果, 大西洋暖水指示種在 3800—2000a BP期間含量減少(圖 5b), 反映當(dāng)時(shí)大西洋暖水團(tuán)對(duì)研究區(qū)的影響減弱(Andresen et al, 2011), 這與本文硅藻結(jié)果有較好的一致性, 對(duì)應(yīng)于歐洲典型的氣候寒冷期“新冰期”(Williams et al,1985; Dyke et al, 1996; Kaplan et al, 2002)。Camp Century冰芯也記錄了 3500—2600a BP這一冷事件(Vinther et al, 2009; 圖 5d)。

新冰期是北半球全新世大暖期之后比較明顯的寒冷期, 一般開始于3900a BP左右(Matthews, 2007)。該冷事件在格陵蘭島(冰蓋擴(kuò)張)(Kelly, 1980)、Labrador海東部、巴芬灣、格陵蘭東西沿岸(氣候和海洋環(huán)境變冷)等地區(qū)均有記錄(Dyke et al, 1996;Dahl-Jensen et al, 1998; Kaplan et al, 2002; Kaufman et al, 2004; Seidenkrantz et al, 2007, 2008; Knudsen et al,2008; Andresen et al, 2013; Erbs-Hansen et al, 2013),但出現(xiàn)時(shí)間略有不同。如Kaplan等(2002)認(rèn)為格陵蘭南部新冰期開始于 3000a BP, Andresen等(2011)認(rèn)為格陵蘭西部新冰期開始于 3800a BP, 而格陵蘭東南部則開始于3600a BP左右 (Andresen et al, 2013)。

新冰期時(shí)西格陵蘭洋流中極地冷水團(tuán)增強(qiáng)、北大西洋暖水團(tuán)減弱的特征在 Disko灣南部的沉積物巖性、有孔蟲及硅藻分析結(jié)果中也同樣有所反映(Moros et al, 2006; Lloyd et al, 2007)。如 Moros等(2006)研究發(fā)現(xiàn) Disko灣地區(qū)相對(duì)溫暖的氣候結(jié)束于 3500a BP左右, 3500—2000a BP期間Disko灣存在明顯的變冷事件(Lloyd et al, 2007), 考古學(xué)證據(jù)也表明以水上獵取食物為生的 Saqqaq部落搬離Disko灣的原因很可能與當(dāng)時(shí)氣候變冷導(dǎo)致的食物缺乏及生存環(huán)境惡劣有關(guān)(Moros et al, 2006; Lloyd et al, 2007)。此外, 位于西格陵蘭南部 Ameralik峽灣處的多項(xiàng)指標(biāo)記錄顯示西格陵蘭洋流中北大西洋暖水團(tuán)的強(qiáng)度在 3200—2700a BP期間減弱(Seidenkrantz et al, 2007), 與主成分分析重建的極地冷水團(tuán)的增強(qiáng)相對(duì)應(yīng)。格陵蘭東部和東南部的海洋沉積也同樣記錄了3500a BP以后新冰期氣候變冷, 大西洋暖水團(tuán)減弱, 北冰洋冷水團(tuán)增強(qiáng), 格陵蘭冰蓋擴(kuò)張, 以及極鋒南移(Jennings et al,2011; Andresen et al, 2013)。與此同時(shí), Disko灣海冰覆蓋面積波動(dòng)增加(圖5c), 表明新冰期時(shí)東格陵蘭寒流攜帶的極地冷水團(tuán)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng), 而印明格暖流強(qiáng)度減弱, 從而影響了研究區(qū)域的海冰覆蓋變化(Jiang et al, 2002; Sha et al, 2014)。受此影響, 西格陵蘭北部的巴芬灣 3600a BP以來(lái)海冰覆蓋時(shí)間增加(Levac et al, 2001), 而有孔蟲大西洋暖水指示種含量3000a BP左右不斷減少(Knudsen et al, 2008), 加拿大極地群島 3500—3000a BP期間海冰覆蓋明顯增強(qiáng)(Vare et al, 2009; Belt et al, 2010)。以上研究均表明,新冰期時(shí)西格陵蘭洋流中極地冷水團(tuán)的增強(qiáng)與海洋環(huán)境轉(zhuǎn)冷、海冰覆蓋增加和冰蓋消融的減緩密切相關(guān)(Fisher et al, 1995)。

5.3 2000 a BP以來(lái)氣候波動(dòng)期

2000a BP以來(lái)DA06-139G孔樣品在主成分一上的得分出現(xiàn)波動(dòng)增加的趨勢(shì)。其中, 1900—1500a BP期間, 主成分得分較低(圖 5a), 海冰種和極地冷水種硅藻含量低于平均值(圖3a, b), 而暖水種硅藻含量在平均值之上(圖3c), 這表明該時(shí)期極地冷水團(tuán)的強(qiáng)度減弱, 而大西洋暖水團(tuán)對(duì)Disko灣的影響增強(qiáng)。有孔蟲大西洋暖水指示種含量的顯著增加(圖 5b), Disko灣海冰覆蓋度的明顯減小(Sha et al, 2014; 圖5c), 也表明該時(shí)期大西洋暖水團(tuán)對(duì)Disko灣的影響增強(qiáng), 使得海冰覆蓋面積明顯減少。

Disko灣南部DA00-02P孔和DA00-03P孔的硅藻、底棲有孔蟲和顆石藻等含量變化同樣顯示在2200/2000—1500/1400a BP期間, 西格陵蘭洋流攜帶的暖水團(tuán)增強(qiáng), 導(dǎo)致 Disko灣海水表層溫度增加(Moros et al, 2006; Lloyd et al, 2007; Seidenkrantz et al, 2008)。此外, 東格陵蘭沿岸的有孔蟲記錄(Jennings et al, 2002), 以及格陵蘭南部Igaliku峽灣(Lassen et al, 2004)和Holsteinsborg海槽(Erbs-Hansen et al, 2013)的有孔蟲記錄也都顯示 2000—1500a BP期間東格陵蘭寒流強(qiáng)度較弱, 而西格陵蘭洋流中印明格暖流勢(shì)力增強(qiáng), 海洋環(huán)境變暖。

1500—1200a BP期間, DA06-139G孔各樣品在主成分一上的得分顯著升高(圖5a), 海冰種和極地冷水種硅藻含量高于平均值(圖3a, b), 而指示北大西洋暖水團(tuán)的暖水種硅藻(圖3c)及有孔蟲(圖5b)含量顯著下降, 且海冰密集度顯著增加(圖 5c), 表明該時(shí)期極地冷水團(tuán)對(duì)Disko灣的影響增強(qiáng), 從而導(dǎo)致海水表層溫度降低, 與當(dāng)時(shí)格陵蘭冰芯 DYE-3記錄的冷事件以及北大西洋海水表層溫度的下降有很好的一致性(Dahl-Jensen et al, 1998; Jiang et al, 2002)。

Disko灣地區(qū), 基于溝鞭藻-轉(zhuǎn)換函數(shù)重建的全新世以來(lái)的海水表層溫度變化也記錄了1500a BP以來(lái)的降溫事件(Ouellet-Bernier et al, 2014); 孢粉記錄指示了 1450—1250a BP期間的冷事件(Ribeiro et al,2012); 顆石藻暖水組合含量減少反映了 1500—1300a BP期間北大西洋暖水團(tuán)的影響減弱(Seidenkrantz et al, 2008); 而底棲有孔蟲記錄也反映1600—1200a BP期間較強(qiáng)的極地冷水團(tuán)(Seidenkrantz et al, 2007)。此外, 格陵蘭南部的硅藻和顆石藻記錄同樣表明該時(shí)期受東格陵蘭寒流的影響較強(qiáng), 海洋環(huán)境變冷(Jensen et al, 2004; Roncaglia, 2004)。

1200—650a BP期間, 除 1050—850a BP以外,DA06-139G孔各樣品在主成分一上的得分下降(圖5a), 有孔蟲大西洋暖水指示種含量的增加(圖5b), 海冰密集度也顯著減少(圖5c), 反映該時(shí)期西格陵蘭洋流中極地冷水團(tuán)強(qiáng)度減弱, 而北大西洋暖水團(tuán)勢(shì)力增強(qiáng), Disko灣海洋環(huán)境轉(zhuǎn)暖, 海冰覆蓋減少。此外,Camp century冰芯 δ18O記錄也顯示 1200—800a BP期間, 格陵蘭地區(qū)氣溫明顯上升(Vinther et al, 2009,圖5d), 對(duì)應(yīng)于中世紀(jì)暖期。

Disko灣MSM343300孔1000—800a BP期間夏季海水表層溫度比現(xiàn)在高約(4.4± 1.24)°C, 達(dá)到 10°C左右, 而該孔溝鞭藻重建的夏季海水表層溫度也記錄了這一暖期(Ouellet-Bernier et al, 2014)。Hass(1996)重建了歐洲北部海域晚全新世以來(lái)的古氣候變化,認(rèn)為中世紀(jì)暖期并不是一個(gè)持續(xù)的暖期, 而是被1050—800a BP這一冷期一分為二, 本文硅藻結(jié)果與前人研究結(jié)果一致 (圖5a)。

有關(guān)中世紀(jì)暖期的記載, 在格陵蘭西部、北大西洋北部和西北部海域等均有發(fā)現(xiàn)。其中, 在北大西洋西北部Holsteinsborg海槽處, 硅藻記錄所反映的海洋環(huán)境變化顯示在1200—650a BP期間, 該海域表層海水溫度較高(Sha et al, 2012)。在格陵蘭西南部Igaliku峽灣, Jensen等(2004)研究發(fā)現(xiàn)1180—600a BP期間東格陵蘭寒流強(qiáng)度減弱, 使得該峽灣海冰覆蓋面積減小, 而 Roncaglia等(2004)通過顆石藻記錄研究發(fā)現(xiàn)990—665a BP期間季節(jié)性海冰覆蓋明顯減弱。

另外, 在東格陵蘭沿岸, 1200—850a BP期間極地冷水團(tuán)影響逐漸減弱, 使得大西洋中層水對(duì)東格陵蘭沿岸的影響增強(qiáng)(Jennings et al, 1996)。在1200—650a BP期間, 冰島北部沿岸也主要受大西洋暖水團(tuán)的影響(Eiríksson et al, 2000; Jiang et al, 2002;Knudsen et al, 2004, 2012; Ran et al, 2011)。同樣, 在加拿大極地群島的硅藻記錄也指示了1200—600a BP期間較為溫暖的氣候和海洋環(huán)境(LeBlanc et al,2004)。Kinnard等(2011)根據(jù)高分辨率的陸生指標(biāo)重建了北冰洋夏季海冰覆蓋, 指出750 a BP前北冰洋夏季海冰值極低, 與中世紀(jì)暖期相對(duì)應(yīng)。

DA06-139G孔各樣品在主成分一上的得分在650a BP之后顯著升高(圖 5a), 暖水種硅藻在 650 a BP之后含量顯著下降甚至消失, 海冰種和極地冷水種硅藻大量出現(xiàn)(圖3a, b), 表明該時(shí)期西格陵蘭洋流中極地冷水團(tuán)勢(shì)力顯著增強(qiáng), 暖水團(tuán)減弱, Disko灣地區(qū)氣候變冷, 對(duì)應(yīng)于小冰期。

Camp century冰芯δ18O記錄反映500—100a BP期間西格陵蘭地區(qū)氣溫下降(Vinther et al, 2009; 圖5d)。同時(shí), Disko灣海冰密集度的重建結(jié)果也顯示,500a BP以來(lái)海冰顯著增加(Sha et al, 2014, 圖5c),與本文各樣品在主成分一上的得分反映的極地冷水團(tuán)顯著增強(qiáng)具有很好的一致性, 說明小冰期時(shí)東格陵蘭寒流攜帶的極地冷水團(tuán)攜帶了大量的極地海冰隨著西格陵蘭海流北上, 間接影響Disko灣地區(qū)。

Disko灣的有孔蟲記錄也表明500a BP之后極地冷水團(tuán)對(duì)Disko灣水文影響增強(qiáng), 使得海洋環(huán)境變冷(Lloyd, 2006a)。已有研究表明, 小冰期期間格陵蘭西部、格陵蘭南部海域等也均存在較高的海冰覆蓋率以及較寒冷的海洋環(huán)境(Jensen et al, 2004; Roncaglia et al, 2004; Sha et al, 2012)。

此外, 格陵蘭東南部沉積硅藻記錄反映750a BP之后東格陵蘭寒流增強(qiáng)(Jensen, 2003), 這一現(xiàn)象在該區(qū)域其他沉積記錄中也有被發(fā)現(xiàn)(Wagner et al,2000)。同時(shí), 根據(jù)硅藻重建的冰島北部海水表層溫度顯示, 650a BP之后東格陵蘭寒流增強(qiáng), 使得該海域海水表層溫度顯著降低(Jiang et al, 2002)。生物標(biāo)志物IP25的研究結(jié)果也表明在750a BP之后冰島北部海域海冰覆蓋明顯增強(qiáng)(Massé et al, 2008)。格陵蘭冰芯重建的溫度結(jié)果也顯示在400a BP和100a BP, 溫度分別比現(xiàn)在低0.5°C和0.7°C(Dahl-Jensen et al, 1998)。

6 結(jié)論

通過研究西格陵蘭地區(qū)Disko灣DA06-139G孔沉積物中主要硅藻屬種的百分含量變化及主成分分析發(fā)現(xiàn), 過去5000年以來(lái)特征性硅藻屬種(包括海冰種、極地冷水種和暖水種)百分含量的變化及主成分軸一可以指示研究區(qū)西格陵蘭洋流中冷暖水團(tuán)強(qiáng)度的變化。

5000—3800a BP期間, 海冰種和極地冷水種的含量較低, 暖水種含量較高, 樣品在主成分一上的得分較低, 表明當(dāng)時(shí)西格陵蘭洋流中極地冷水團(tuán)勢(shì)力較弱, 而北大西洋暖水團(tuán)則較強(qiáng); 海冰種和極地冷水種含量在 3800—2000a BP開始增加, 樣品在主成分一上的得分較高, 對(duì)應(yīng)暖水種含量的減少, 表明該時(shí)期冷水團(tuán)的勢(shì)力增強(qiáng), 而印明格暖流攜帶的北大西洋暖水團(tuán)減弱; 2000a BP以后, 海冰種和極地冷水種含量呈波動(dòng)上升的趨勢(shì), 但在 1900—1500a BP以及1200—600a BP期間存在兩個(gè)低值, 樣品在主成分一上的得分較高, 表明 2000a BP以來(lái)西格陵蘭洋流中極地冷水團(tuán)的勢(shì)力不斷增強(qiáng), 期間間隔了北大西洋暖水團(tuán)的兩次增強(qiáng)事件。

Disko灣DA06-139G孔過去5000年以來(lái)特征性硅藻屬種的百分含量變化及主成分分析結(jié)果反映的西格陵蘭洋流中冷暖水團(tuán)的強(qiáng)度變化與同一鉆孔有孔蟲北大西洋暖水指示種百分含量、海冰密集度的重建結(jié)果、以及Camp century冰芯δ18O記錄的大氣溫度反映的西格陵蘭地區(qū)氣候變化有很好的一致性。

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