賈福福 沙龍濱,2 李冬玲 劉焱光

研究進(jìn)展

西伯利亞極地海域第四紀(jì)以來(lái)古海洋環(huán)境研究進(jìn)展

賈福福1沙龍濱1,2李冬玲1劉焱光2,3

(1寧波大學(xué)地理與空間信息技術(shù)系, 浙江 寧波 315211;2青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室, 海洋地質(zhì)過(guò)程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266061;3自然資源部第一海洋研究所, 海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266061)

北極作為全球氣候變化響應(yīng)和反饋?zhàn)顬槊舾械膮^(qū)域之一, 對(duì)全球大氣、海洋環(huán)流等都有著深遠(yuǎn)持久的影響。尤其是第四紀(jì)以來(lái), 北極冰蓋的反復(fù)變化和海平面的波動(dòng)不僅影響著白令海峽的關(guān)閉與開(kāi)啟、水團(tuán)交換和洋流系統(tǒng)的變化, 同時(shí)還影響著北冰洋邊緣海陸架的暴露與淹沒(méi)。西伯利亞極地海域, 包括楚科奇海、東西伯利亞海和拉普捷夫海, 作為環(huán)北冰洋最為寬闊的淺水陸架區(qū), 其在第四紀(jì)冰期-間冰期旋回中經(jīng)歷了海洋環(huán)境的重大變化。利用北冰洋主要邊緣?！?楚科奇海、東西伯利亞海和拉普捷夫海所開(kāi)展的第四紀(jì)以來(lái)古海洋環(huán)境的研究成果, 通過(guò)對(duì)比分析上述三個(gè)海域多指標(biāo)重建的古海洋環(huán)境演變與古氣候記錄, 全面系統(tǒng)地了解第四紀(jì)以來(lái)西伯利亞極地海域的古海洋環(huán)境演變歷史, 發(fā)現(xiàn)古洋流、古海平面、古海水溫鹽度等古海洋環(huán)境因子的變化, 除在根本上要受地球軌道參數(shù)的周期性波動(dòng)所引起的太陽(yáng)入射輻射量的變化和地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響外, 還受到各種正負(fù)反饋機(jī)制和放大效應(yīng)引起的北極冰蓋擴(kuò)張和退縮、冰川地殼均衡補(bǔ)償、入海徑流變化等因素的影響, 為今后北極古海洋古氣候研究工作的開(kāi)展提供借鑒。

楚科奇海 東西伯利亞海 拉普捷夫海 第四紀(jì)古海洋環(huán)境

0 引言

第四紀(jì)以來(lái), 全球氣候出現(xiàn)不同尺度的頻繁波動(dòng), 特別是千年尺度的氣候波動(dòng)異常劇烈。而北極冰蓋所呈現(xiàn)的冰期-間冰期的反復(fù)變化和海平面的波動(dòng)則被認(rèn)為是影響北半球千年尺度快速氣候變化的重要因素。工業(yè)革命以來(lái)隨著全球變暖, 北極成為全球氣候變化響應(yīng)和反饋?zhàn)蠲舾械膮^(qū)域之一, 廣泛覆蓋的海冰在大氣與海洋間的熱量轉(zhuǎn)換中發(fā)揮著重要作用[1-2], 并通過(guò)一系列的正負(fù)反饋機(jī)制來(lái)影響全球的大氣環(huán)境和海洋環(huán)境[3]。受海冰變化影響: 北極海域的波弗特環(huán)流(Beaufort Gyre, BG)和穿極流(Transpolar Drift, TPD)強(qiáng)度增強(qiáng)從而抑制了北大西洋深層水的形成, 導(dǎo)致全球溫鹽環(huán)流發(fā)生變化[3]。北極冷空氣與西風(fēng)帶長(zhǎng)波槽脊的位置與強(qiáng)弱發(fā)生變化對(duì)亞洲東部與南部大氣環(huán)流產(chǎn)生影響, 進(jìn)而導(dǎo)致季風(fēng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定和異常[3]。因此, 北極地區(qū)的研究對(duì)于全球氣候變化有著極為重要的意義。

我國(guó)自1999年以來(lái)已圓滿(mǎn)完成了10次北極地區(qū)多學(xué)科的綜合考察, 對(duì)白令海(Bering Sea)、楚科奇海(Chukchi Sea)、加拿大海盆(Canada Basin)、楚科奇海臺(tái)(Chukchi Plateau)等北極海域開(kāi)展了地質(zhì)、海冰、海水和大氣等因子的系統(tǒng)觀(guān)測(cè)與調(diào)查。此外, 在中國(guó)國(guó)家海洋局和俄羅斯科學(xué)院遠(yuǎn)東分院的支持下, 利用俄羅斯科考船在北冰洋西伯利亞海域?qū)嵤┞?lián)合科學(xué)考察, 把調(diào)查海域進(jìn)一步拓展到東西伯利亞海(East Siberian Sea)及附近海域。然而, 受各種因素的限制, 以東西伯利亞海為中心的西伯利亞極地海域研究程度參差不一。東部的楚科奇海因位于北冰洋和太平洋交匯區(qū), 國(guó)內(nèi)外均進(jìn)行了相對(duì)系統(tǒng)的樣品采集、現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)和科學(xué)研究, 國(guó)內(nèi)的海洋地質(zhì)學(xué)研究主要集中在北部的海臺(tái)、大陸坡、海盆、北部陸架與北風(fēng)脊區(qū)域, 運(yùn)用粒度、元素地球化學(xué)、冰筏碎屑(IRD)、有孔蟲(chóng)、介形蟲(chóng)、硅藻、氧碳同位素、碳酸鹽、蛋白石(Opal)和有機(jī)碳(TOC)含量等多項(xiàng)古海洋學(xué)指標(biāo)研究了第四紀(jì)以來(lái)的波弗特環(huán)流、太平洋水和大西洋水團(tuán)的強(qiáng)弱變化及古海冰等古海洋環(huán)境演化(表1); 國(guó)外的相關(guān)研究則多集中在陸坡和陸架區(qū)域, 運(yùn)用碳酸鹽、TOC、有孔蟲(chóng)、硅藻、孢粉、溝鞭藻等地球化學(xué)與微體古生物指標(biāo)分析了末次間冰期以來(lái)的海平面、海冰及溫鹽變化(表1)。而西部的東西伯利亞海和拉普捷夫海(Laptev Sea), 因主體位于俄羅斯專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi), 研究程度相對(duì)較低, 且以國(guó)外的研究成果為主。在東西伯利亞海, 目前運(yùn)用有孔蟲(chóng)、孢粉與介形類(lèi)等微體古生物指標(biāo)研究了末次盛冰期以來(lái)的海平面及冰蓋變化(表1); 拉普捷夫海的研究則集中在陸架中東部及北部陸坡附近, 運(yùn)用粒度、IRD、有孔蟲(chóng)、硅藻、孢粉、溝鞭藻、碳同位素、TOC、IP25等古海洋學(xué)指標(biāo)分析了早更新世以來(lái)拉普捷夫海的海平面、溫鹽及海冰等古海洋環(huán)境演變(表1)。

表1 楚科奇海、東西伯利亞海、拉普捷夫海各鉆孔研究對(duì)比

續(xù)表1

本文以楚科奇海、東西伯利亞海和拉普捷夫海三個(gè)海域所開(kāi)展的第四紀(jì)以來(lái)古海洋環(huán)境研究為基礎(chǔ), 通過(guò)對(duì)比分析不同指標(biāo)所重建的古海洋環(huán)境演變與古氣候記錄, 全面系統(tǒng)地了解第四紀(jì)以來(lái)西伯利亞極地海域的古海洋環(huán)境演變規(guī)律, 從而為今后北極古海洋古氣候研究工作的開(kāi)展提供借鑒。

1 區(qū)域背景

西伯利亞極地海域自東向西分布著楚科奇海、東西伯利亞海、拉普捷夫海三個(gè)邊緣海。其中, 楚科奇海位于阿拉斯加半島(Alaska Peninsula)、楚科奇半島(Chukchi Peninsula)與弗蘭格爾島(Wrangel Island)之間, 海域面積約為59.5′104km2。作為太平洋海水進(jìn)入北冰洋的必經(jīng)之路, 楚科奇海南北寬東西窄, 南北長(zhǎng)約800 km, 東西寬約500 km。向南經(jīng)寬約85 km、深約30—50 m的白令海峽(Bering Strait)與北太平洋的白令海相通, 向北過(guò)楚科奇海大陸坡、楚科奇海臺(tái)、楚科奇海盆、北風(fēng)脊與水深超過(guò)4 000 m的加拿大深海平原(Canada Abyssal Plain)為鄰。向東經(jīng)巴羅角(Barrow Point)與波弗特海(Beaufort Sea)相鄰, 向西經(jīng)德朗海峽連通東西伯利亞海(圖1)。東西伯利亞海地理位置位于東側(cè)的弗蘭格爾島與西側(cè)的新西伯利亞群島(New Siberian Islands)之間, 作為北冰洋最寬的陸架海, 面積達(dá)89.5′104km2。整個(gè)海域南北窄東西寬, 南北間距400 km, 而東西間距達(dá)到1 000 km左右, 北部面向北冰洋門(mén)捷列夫海脊和馬卡洛夫(Makarov)海盆, 南部緊依俄羅斯西伯利亞大陸, 向西通過(guò)德米特里-拉普捷夫海峽(Dmitry Laptev Strait)與拉普捷夫海相連(圖1)。拉普捷夫海位于西伯利亞沿岸的泰梅爾半島(Tay-myr Peninsula)和新西伯利亞群島之間。向西連接喀拉海(Kara Sea), 面積約67.2′104km2(圖1)。

楚科奇海、東西伯利亞海和拉普捷夫海是北冰洋邊緣的主要淺陸架海。楚科奇海陸架上自西向東相間分布著赫雷德海谷(Herald Canyon)、赫雷德淺灘(Herald Shoal)、中央水道(Central Channel)、漢納淺灘(Hanna Shoal)、巴羅海谷(Barrow Canyon), 整體水深較淺, 平均水深為88 m, 且56%的海域水深低于50 m, 相對(duì)來(lái)說(shuō)楚科奇海北部邊緣區(qū)的大陸坡、海臺(tái)、海盆與北風(fēng)脊區(qū)域水深較深。而東西伯利亞海的海水平均深度僅有52 m左右, 其西部的德米特里-拉普捷夫海峽平均水深甚至只有12—15 m, 最小深度還不到10 m, 只有在北部大陸坡附近才有深水區(qū)。相比于楚科奇海與東西伯利亞海, 拉普捷夫海海底地形緩慢向北傾斜, 水深相對(duì)較深, 平均水深為578 m, 最大水深更是達(dá)到了3 385 m, 但陸架區(qū)近70%區(qū)域的水深小于20 m。

入海徑流是北冰洋邊緣海的主要淡水來(lái)源。楚科奇海沿岸缺乏有效入海徑流的匯入。東西伯利亞海的入海徑流主要由科雷馬河(Kolyma)與因迪吉爾卡河(Indigirka)組成, 徑流量分別為3 800 m3·s–1和1 810 m3·s–1(圖1)?？堤辜雍?Khatanga)、阿納巴爾河(Anabar)、奧列尼克河(Olenek)、勒拿河(Lena)、亞納河(Yana)自西向東匯入拉普捷夫海, 總量約為552 km3·s–1, 占北冰洋的大陸淡水總徑流量的1/4以上, 其中70%左右來(lái)自勒拿河(圖1), 勒拿河作為俄羅斯的第二大河, 流量十分驚人, 平均流量達(dá)到了17 000 m3·s–1。尤其在6月份, 峰值流量超過(guò)100 000 m3·s–1(1993), 達(dá)到了亞馬遜河的一半, 每年帶入拉普捷夫海的懸浮物總量估計(jì)約為1 750萬(wàn)噸, 其中27%為有機(jī)物。

圖1 楚科奇海、東西伯利亞海、拉普捷夫海海流模式及入海徑流分布圖. 黑色實(shí)線(xiàn)表示表層洋流, 黑色虛線(xiàn)表示中層洋流[7-14]. AC—阿納德?tīng)柫? BSSW—白令海陸架水; ACC—阿拉斯加沿岸流; SCC—西伯利亞沿岸流; BG—波弗特環(huán)流; AW—大西洋水; TPD—穿極流

Fig.1. Oceanographic surface current system in Chukchi Sea, East Siberian Sea and Laptev Sea. Black full lines show surface currents, and black dotted lines show intermediate currents[7-14].AC–Anadel Current; BSSW–Bering Sea Shelf Water; ACC-Alaska Coastal Current; SCC–Siberian Coastal Current; BG–Beaufort Gyre; AW–Atlantic Water; TPD-Transpolar Drift

楚科奇海、東西伯利亞海和拉普捷夫海是北冰洋季節(jié)性海冰最活躍的區(qū)域之一。楚科奇海每年從11月底到次年的4月下旬, 將近5個(gè)月的時(shí)間里覆蓋著厚達(dá)2 m左右的冰層, 5月份開(kāi)始, 阿拉斯加半島沿岸率先開(kāi)始解凍, 海冰沿正北到西北方向退縮, 7—8月份在洋流影響下形成灣狀結(jié)構(gòu)。到8月下旬, 基本上已經(jīng)沒(méi)有密集分布的海冰, 海冰外緣線(xiàn)北移到75°N, 9月中旬楚科奇海80%的海域成為無(wú)冰海域, 從10月開(kāi)始, 海面自北向南開(kāi)始凍結(jié), 到11月底楚科奇海全面封凍。東西伯利亞海每年從11月初到次年的4月底, 在長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的時(shí)間內(nèi)被厚厚的海冰完全覆蓋, 5月上旬到6月底, 東西伯利亞海西部先于東部開(kāi)始消融, 到9月中旬左右達(dá)到海冰覆蓋面積的最小值, 在東西伯利亞沿海形成廣闊的無(wú)冰海域, 10月初, 東西伯利亞海東部就已全面封凍, 而西部完全被海冰覆蓋則要到10月底左右。拉普捷夫海從11月到次年4月為冰封期, 海冰覆蓋率接近100%, 之后從5月初至9月中旬進(jìn)入融冰期, 在4個(gè)月的融冰期內(nèi), 融冰速率保持穩(wěn)定, 每月減少約20%, 至9月份達(dá)到最小值, 從10月初到11月初的1個(gè)多月的時(shí)間里, 迅速恢復(fù)到全面冰封的狀態(tài)。衛(wèi)星觀(guān)測(cè)記錄表明, 近40年北極海冰年平均覆蓋以~4.4%/(10 a)的速率快速退縮(NSIDC), 而西伯利亞極地海域海冰消退面積更遠(yuǎn)高于北極其他海域[4-6]。

楚科奇海、東西伯利亞海和拉普捷夫海主要受到北冰洋四個(gè)主要洋流系統(tǒng)的影響。包括:從西伯利亞大陸架向弗拉姆海峽移動(dòng)的橫跨歐亞海盆的穿極流[7]; 主導(dǎo)美亞盆地呈順時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)的波弗特環(huán)流[7]; 經(jīng)白令海峽流入楚科奇海南部的太平洋水(自西向東依次形成: 低溫高鹽富營(yíng)養(yǎng)的阿納德流、白令海陸架水和高溫低鹽的阿拉斯加沿岸流[8], 其中阿拉斯加沿岸流朝東北方向流入波弗特海陸坡, 白令海陸架水向北與波弗特環(huán)流和穿極流相遇[7]); 通過(guò)德朗海峽流入楚科奇海并與北太平洋水西支阿納德流交匯的西伯利亞沿岸流[8-9](圖1)。上述洋流混合環(huán)北極的入流淡水及冰融水共同組成極地表層水(Polar Surface Water, 0—200 m)[8, 10-11]。在極地表層水之下, 由上到下垂直方向上還分布著其他三個(gè)水團(tuán): 大西洋水(Atlantic Water, 200—1 000 m)、北極中層水(Arctic Intermediate Water, 歐亞海盆1 000—1 500 m,美亞海盆1 000—2 000 m)、北極深層水(Arctic Deep Water, 歐亞海盆>1 500 m, 美亞海盆>2 000 m)[10]。大西洋水是由溫暖高鹽的北大西洋表層水通過(guò)弗拉姆海峽沿北大西洋—挪威海進(jìn)入北冰洋, 沿歐亞大陸邊緣冷卻下沉形成[11], 它穿過(guò)門(mén)捷列夫脊后分成兩支, 一支向南進(jìn)入楚科奇深海平原, 另一支向北圍繞楚科奇海臺(tái)進(jìn)入北風(fēng)脊北部地區(qū)。大西洋水不僅輸送了主要的熱量和鹽分, 而且它的消長(zhǎng)對(duì)北極氣候系統(tǒng)產(chǎn)生了重要影響[10]。而發(fā)源于挪威海與格陵蘭海的北極深層水則位于中層水之下[11-14]。

2 第四紀(jì)古海洋環(huán)境演變

第四紀(jì)以來(lái), 北極中等規(guī)模冰蓋的形成和海平面的波動(dòng)極大地影響著北冰洋, 北冰洋古海洋環(huán)境與古氣候由之前緩慢、不規(guī)則的變冷逐漸轉(zhuǎn)為具有明顯周期性的冷暖波動(dòng)的氣候。

2.1 楚科奇海域的古海洋環(huán)境記錄

楚科奇海受波弗特環(huán)流、東西伯利亞沿岸流、太平洋水、大西洋水影響強(qiáng)烈, 更新世中期(大約2.7—0.7 Ma BP), 北冰洋的海水垂直混合作用弱化, 出現(xiàn)了咸淡水的分層現(xiàn)象, 影響楚科奇海的波弗特環(huán)流逐漸形成[15]。但更新世晚期(75.46—73.35 ka BP間)的波弗特環(huán)流流向可能與現(xiàn)在相反, 表現(xiàn)為逆時(shí)針?lè)较騕16-17], 通過(guò)對(duì)加拿大海盆B78孔和楚科奇海臺(tái)M03孔的IRD對(duì)比研究發(fā)現(xiàn), 兩鉆孔中第二次IRD事件出現(xiàn)時(shí)間明顯不同, 加拿大海盆B78開(kāi)始于75.46 ka BP而楚科奇海臺(tái)M03孔卻開(kāi)始于73.35 ka BP, 這表明IRD可能被逆時(shí)針流向的波弗特環(huán)流從加拿大海盆搬運(yùn)到楚科奇海臺(tái)[16-17](圖2)。第四紀(jì)晚期以來(lái), 波弗特環(huán)流大致表現(xiàn)為冰期偏弱、間冰期偏強(qiáng)的狀態(tài)。在MIS2、MIS4、MIS6冰期, 北冰洋巨厚的海冰阻礙了波弗特環(huán)流, 使波弗特環(huán)流幾乎消亡。尤其在MIS2期時(shí)(包括末次冰盛期與末次冰消期早期)在楚科奇海中西部(楚科奇深海平原和楚科奇海臺(tái))甚至覆蓋著一個(gè)靠近亞歐大陸厚達(dá)1 km的冰蓋, 從而導(dǎo)致各種沉積物的含量急劇下降[18], 楚科奇海臺(tái)和北風(fēng)脊的沉積速率均較低[1,7-8,10-11,18-21], 且楚科奇海臺(tái)邊緣區(qū)的沉積速率高于海臺(tái)內(nèi)部與海盆內(nèi)部[18,22]。而在MIS1、MIS3、MIS5等間冰期波弗特環(huán)流則有所增強(qiáng)、范圍擴(kuò)大, 楚科奇海盆內(nèi)沉積了大量來(lái)自班克斯島、維多利亞島和麥肯錫地區(qū)的陸源碎屑, 其中, 發(fā)生在MIS1暖期的兩次IRD事件有顯著的指示作用, 它們分別對(duì)應(yīng)末次冰消期末期的增暖和8.2 ka變冷事件后的升溫事件[16,23-24]。楚科奇海陸坡在MIS3晚期的兩次IRD事件中沉積下來(lái)的黏土礦物組成則與加拿大麥肯錫河的入海物質(zhì)類(lèi)似[7]。但進(jìn)入全新世中期, 因?yàn)闅鉁厣? 麥肯錫河流量增加, 波弗特環(huán)流通過(guò)麥肯錫河口向西輸送的陸源有機(jī)物減少[25]。

圖2 楚科奇海、東西伯利亞海、拉普捷夫海鉆孔位置分布圖(位置信息詳見(jiàn)表1)

Fig.2. Location of marine sediment cores referenced in the text (See Table 1 for location details)

西伯利亞沿岸流則與波弗特環(huán)流不同, 冰期時(shí)出現(xiàn)顯著增強(qiáng)。楚科奇海盆在冰期時(shí)沉積物粒度較細(xì), Fe2O3、TiO2、K2O、Sc、V、Li、Y含量高, Mn與Co含量減少, Zr/Al值較大, 反映了海域被海冰所覆蓋, 海洋底部處于缺氧還原環(huán)境, 同時(shí)西伯利亞沿岸流不斷增強(qiáng), 其攜帶的東西伯利亞海與拉普捷夫海的碎屑物質(zhì)顯著增多[15]。同時(shí), 在MIS2和MIS3早期楚科奇海大陸坡的沉積物礦物組成成分與東西伯利亞海相似, 指示了較強(qiáng)的西伯利亞沿岸流[7], 且每年9月是該沿岸流最強(qiáng)的時(shí)刻[26]。

太平洋水從上新世—更新世期間, 隨著海侵的發(fā)生開(kāi)始頻繁流入楚科奇海, 尤其在MIS5期時(shí)發(fā)生了第四紀(jì)以來(lái)最大規(guī)模的海侵, 并在楚科奇海沿岸地區(qū)及白令海峽附近形成了8—10 m的海相沉積地層[27]?？偟膩?lái)說(shuō)在MIS1、MIS5、MIS13等間冰期, Na2O/K2O、MgO/K2O比值偏高[28],表明太平洋水輸入量增大。末次盛冰期時(shí)海平面下降, 白令海峽及周?chē)拇箨懠苈懵对谕?直到12—11 ka BP, 隨著海平面上升, 白令海峽才再次被淹沒(méi)[29]。在MIS1暖期全新世高海平面的狀況下, 白令海峽打開(kāi), 北太平洋的低鹽水大量輸入, 楚科奇海大陸坡ARC5-M06孔在該時(shí)期的沉積物厚度達(dá)到了56 cm[7], 同時(shí)在近500年里, 隨著氣溫的上升, 北太平洋溫鹽水輸入增多, 楚科奇海海冰覆蓋面積縮小, 浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)力快速上升[30]。

大西洋水的輸入量呈現(xiàn)了間冰期較強(qiáng)、冰期較弱的趨勢(shì)。在較為溫暖的間冰期, 大西洋水往往能夠深入到楚科奇海臺(tái); 而在較為寒冷的冰期, 大西洋水受羅蒙諾索夫脊的阻隔不能到達(dá)楚科奇海。在間冰期(MIS1、MIS5、MIS7)由于溫暖的大西洋水的輸入, CaCO3含量和浮游有孔蟲(chóng)豐度增加, 而在沒(méi)有大西洋水輸入的冰期(MIS2、MIS4、MIS6), 其值幾乎下降到零。TOC和Opal的含量與CaCO3含量和浮游有孔蟲(chóng)豐度變化相反, 間冰期時(shí)TOC和Opal的含量減少, 而在冰期時(shí)含量則增加[22]。由于間冰期海冰厚度變薄、范圍縮小, 使海水垂直混合作用增強(qiáng), 通氣狀況變好, 富氧的底層水對(duì)TOC的降解和對(duì)Opal的溶解作用提升, 保存在沉積物中的TOC和Opal則減少; 而冰期海冰厚度變厚、范圍擴(kuò)大, 使海水垂直混合作用減弱, 通氣狀況變差, 缺氧的底層水對(duì)TOC的降解和對(duì)Opal的溶解作用下降, 保存在沉積物中的TOC和Opal量就增加[16,19]。末次冰消期以來(lái), 生活在水深1 000—2 000 m的北極中層水中的介形蟲(chóng)屬成為楚科奇海臺(tái)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)屬, 說(shuō)明冰期上浮的北極中層水的頂部取代了大西洋水的位置; 深水種介形蟲(chóng)屬的豐度在末次冰消期以來(lái)一直較低, 而隨著海平面的上升, 在整個(gè)全新世保持在49%的高豐度狀態(tài)。同時(shí), 全新世以來(lái)指示大西洋水的豐度升高, 說(shuō)明全新世時(shí)大西洋水可以越過(guò)羅蒙諾索夫脊到達(dá)楚科奇海一帶[10], 尤其在早全新世期間, 大西洋水的輸入量增加[31], 并在0.8 ka BP左右達(dá)到最大[32]。但同位素?cái)?shù)據(jù)顯示, 大西洋水的溫度和其流入速度在~0.6 ka BP出現(xiàn)降低的趨勢(shì)[32]。

在晚第三紀(jì), 因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和冰川活動(dòng), 楚科奇海經(jīng)歷了幾次海進(jìn)與海退[33]。進(jìn)入第四紀(jì)后古海洋環(huán)境呈現(xiàn)出明顯的冰期-間冰期的周期性變化[17]。當(dāng)MIS期數(shù)為偶數(shù)時(shí), 氣候轉(zhuǎn)冷, 冰蓋范圍擴(kuò)大, 厚度增厚, 海平面下降, 洋流循環(huán)受到抑制, 海洋生產(chǎn)力下降, 北美冰蓋向加拿大海盆擴(kuò)展, 直至覆蓋到楚科奇海臺(tái)與北風(fēng)脊, 波弗特環(huán)流受到抑制, 沉積物數(shù)量減少, 同時(shí)海平面下降了幾十米。當(dāng)MIS期數(shù)為奇數(shù)時(shí), 氣候變暖, 冰川消融, 海平面上升, 洋流循環(huán)旺盛, 海洋生產(chǎn)力提升[23]。其中, 末次盛冰期期間, 楚科奇海的海平面下降了約50 m[34], 進(jìn)入冰消期后, 海平面開(kāi)始上升, 其北部于~18 ka BP被淹沒(méi), 南部于~ 14.5 ka BP也被淹沒(méi)[35], ~12—11 ka BP間, 海平面進(jìn)一步上升, 白令海峽被淹沒(méi)[34]。在全新世早期, 海平面處于持續(xù)快速上升的狀態(tài), 大陸架上陸相沉積物向陸地方向移動(dòng)[33]。~7 ka BP時(shí)海平面接近現(xiàn)代高度[32]。進(jìn)入全新世中晚期后, 海平面上升速度放緩, 6—5 ka BP期間, 楚科奇海南部地區(qū)的海平面只升了約1.5 m[36]。之后楚科奇海海平面雖然有所波動(dòng), 但在3 ka BP左右(最晚可達(dá)2 ka BP)逐漸趨于穩(wěn)定, 蘇厄德半島(Seward Peninsula)河口沉積的泥炭14C年代表明, 自2 ka BP以來(lái), 海平面的上升幅度小于0.5 m[36]。

目前, 楚科奇海第四紀(jì)古海冰的研究工作還相對(duì)較少, 但隨著研究手段和方法的不斷發(fā)展, 近年來(lái)研究者已獲得了該海域末次盛冰期以來(lái)的古海冰定量重建結(jié)果。末次盛冰期期間楚科奇海部分海域可能覆蓋著1 km厚的海冰, 海冰在進(jìn)入冰消期后的15—12 ka BP期間逐漸融化, 無(wú)冰期從一年中的幾個(gè)星期增長(zhǎng)到兩個(gè)月以上[32], 但在12—10 ka BP期間又再次增長(zhǎng)[32], 無(wú)冰期在嚴(yán)寒氣候條件下再次消失, 這與新仙女木事件(Younger Dryas, YD)相對(duì)應(yīng)[32]。進(jìn)入全新世后, 海冰覆蓋范圍呈現(xiàn)千年尺度的振蕩(大約每2.5—3 ka出現(xiàn)一次), 在8 ka BP、6 ka BP、4 ka BP、2 ka BP左右海冰覆蓋出現(xiàn)最小值。此時(shí), 楚科奇海夏季海水表層溫度在4—7℃之間波動(dòng), 高于現(xiàn)代的0℃; 夏季海水表層鹽度則在25‰—30‰之間變化, 并在8 ka BP、3—2 ka BP間出現(xiàn)峰值[29]。海冰覆蓋最小值與夏季海水表層溫度、鹽度的較大值相對(duì)應(yīng), 表明楚科奇海海冰變化的周期性可能與區(qū)域氣候變化有關(guān)[25,32]。之后在0.6—0.1 ka BP的小冰期期間, 楚科奇海陸架東南部ARC5-C01孔的極地種硅藻含量增加, 楚科奇海的海冰覆蓋又呈現(xiàn)出短期內(nèi)的快速增長(zhǎng)趨勢(shì)[37-38](圖2)。雖然楚科奇海的海冰覆蓋范圍在全新世有所波動(dòng), 但總體呈下降趨勢(shì)。

2.2 東西伯利亞海古海洋環(huán)境記錄

東西伯利亞海大陸邊緣的沉積環(huán)境在晚第四紀(jì)時(shí)期發(fā)生了強(qiáng)烈變化[39]。末次盛冰期(24—18 ka BP)期間, 氣候寒冷, 冰川擴(kuò)張, 新西伯利亞群島的花粉記錄表明, 在~26—22 ka BP期間苔原草原植被比莎草植被有明顯優(yōu)勢(shì)[16], 東西伯利亞海最低海平面比現(xiàn)代海平面低約125—130 m[40]。冰期海平面下降的深度與大陸冰蓋的擴(kuò)張和退縮引起的地殼均衡變化有密切關(guān)系, 雖然淺海區(qū)域發(fā)生了輕微沉降[41], 但由于海平面下降引起的陸架卸載產(chǎn)生了40 m的均衡抬升, 導(dǎo)致海平面實(shí)際下降幅度可能小于100 m[42], 與之相關(guān)的海退引起了東西伯利亞海大陸架的大面積出露[43]。末次冰消期氣候轉(zhuǎn)暖, 融化的冰融水從14 ka BP開(kāi)始逐漸引起海侵, 在新仙女木事件晚期(11.4—10.8 ka BP), 東西伯利亞海邊緣區(qū)域的海平面不僅比現(xiàn)在低102—108 m, 而且比根據(jù)冰川均衡校正的地球物理模型預(yù)測(cè)的也低42—47 m, 但比末次盛冰期最高點(diǎn)高出20—30 m[40]。之后, 隨著海平面的逐漸上升, 在東西伯利亞海北部與東部邊緣區(qū)發(fā)現(xiàn)的有孔蟲(chóng)與底棲介形類(lèi)化石, 呈現(xiàn)出從河流相到全海相的轉(zhuǎn)變[40,44]。全新世早期, 氣候變暖, 海平面持續(xù)上升, 海侵達(dá)到最盛。9.5—8.2 ka BP期間, 海侵和多年凍土不穩(wěn)定造成東西伯利亞海的陸相有機(jī)碳輸入量達(dá)到全新世最高水平[45]。6—5 ka BP海平面達(dá)到高位, 沉積狀態(tài)穩(wěn)定下來(lái), 海侵結(jié)束[42,46]。全新世晚期氣候又有所轉(zhuǎn)冷, 4—3 ka BP海冰的覆蓋范圍明顯擴(kuò)大[47]。

2.3 拉普捷夫海的古海洋環(huán)境記錄

拉普捷夫海的大陸架北部邊緣區(qū)位于距離海岸線(xiàn)500 km、水深50—60 m的海面下, 大陸架上分布著向北緩緩傾斜的5個(gè)大型海底谷地, 它們是由勒拿河等河流在更新世海平面較低時(shí)侵蝕形成的[48]。通過(guò)勒拿河等河流輸入拉普捷夫海的淡水占輸入北冰洋的大陸淡水總量的四分之一以上, 因此, 整個(gè)拉普捷夫海域受西伯利亞內(nèi)陸徑流淡水輸入的影響較大[49]。拉普捷夫海是穿極流(西伯利亞分支)的主要海冰源地, 被視為北冰洋淡水和海冰平衡的關(guān)鍵區(qū)域[50]。此外, 拉普捷夫海還受到大西洋水(來(lái)自弗拉姆海峽與巴倫支海的暖水團(tuán))的影響[51]。末次冰消期早期隨著河流徑流量的增加, 陸源物質(zhì)沿冰緣地區(qū)快速沉降形成一個(gè)混濁的底水環(huán)境[52]。但是, 隨著氣候的逐漸變暖, 巴倫支喀拉冰蓋延伸到拉普捷夫海西部的冰川開(kāi)始融化, 最終形成了漂浮著浮冰的季節(jié)性開(kāi)放水域, 18—16 ka BP間, 在陸架西北部的冰川沉積物中發(fā)現(xiàn)了4次IRD峰值[53], 此時(shí)大西洋水已經(jīng)間歇性地到達(dá)了拉普捷夫海西北部的大陸斜坡, PS-51/154-11孔底部出現(xiàn)了亞極地浮游有孔蟲(chóng), 如和[52]。從PS-51/154-11孔的雙殼類(lèi)化石和介形類(lèi)化石的組合可以推測(cè)出, 16—14 ka BP間, 拉普捷夫海的底層水寒冷且貧營(yíng)養(yǎng)[52]。末次冰消期晚期的15—12 ka BP, 通過(guò)弗拉姆海峽的大西洋水迅速增強(qiáng), 但橫穿巴倫支海大陸架的東部分支還不存在, 在陸架西北部的PS-51/154-11、PS-51/159-10孔中發(fā)現(xiàn)了大量底棲有孔蟲(chóng)[52-55](圖2)。由于氣候更加溫暖, 冰川融水及河流徑流量增加, 導(dǎo)致表層海水的淡化, 混合流入的大西洋水形成了新的陸架水團(tuán)[50,52]。拉普捷夫海西北部形成了一個(gè)具有強(qiáng)烈水柱分層的陸架水團(tuán)環(huán)境, 不利于北極浮游有孔蟲(chóng)生長(zhǎng)[53-54]。全新世初期, 拉普捷夫海大陸架的海洋環(huán)境逐漸形成。東拉普捷夫海的北部陸架區(qū)由河口環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｑ蟓h(huán)境[50,52,54-64], 如位于東北陸架區(qū)邊緣的PS51/135-4孔(水深51 m)在11.3—9.2 ka BP期間,由以淡水硅藻為主(80%—90%)、鹽度小于9‰的河口環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橐耘疁媳拊?如,,spp.)為主的海洋環(huán)境(淡水硅藻比重下降50%)[50](圖2)。同時(shí)這種轉(zhuǎn)變也表現(xiàn)在內(nèi)外陸架的鹽度研究中, 外陸架的鹽度在~8.6—7.5 ka BP期間上升到接近現(xiàn)代值的15‰—16‰, 內(nèi)陸架在大約1—1.5 ka BP后也達(dá)到這個(gè)水平, 并且淡水硅藻相對(duì)豐度下降至現(xiàn)代水平的8%—23%[50]。而西拉普捷夫海方面, 在8—6 ka BP期間, 哈坦加河中的石榴石和不透明礦物含量急劇下降, 指示了哈坦加河沉積中心向陸地的移動(dòng)[62]; 從全新世早期直到7.5 ka BP, 陸架北部陸源有機(jī)質(zhì)的長(zhǎng)期減少和海洋有機(jī)質(zhì)的同期增加, 也指示了海洋環(huán)境的發(fā)展[64]。

早更新世到末次盛冰期, 拉普捷夫海的氣候在冰期與間冰期之間轉(zhuǎn)換[28]。在末次盛冰期, 西伯利亞腹地的非冰川氣候比今天更加寒冷干燥, 導(dǎo)致夏季河流流量減少[65]。26—16 ka BP, 在比科夫斯基半島(Bykovsky Peninsula)(圖2)發(fā)現(xiàn)植被以禾本科植物群落為主, 包括石竹科、菊科和卷柏科, 指示極為寒冷干燥的氣候[66]。24—18 ka BP之間, 勒拿河三角洲西部的沉積物中有殼變形蟲(chóng)()顯示出較低的豐度和較差的多樣性, 也指示了該地區(qū)末次盛冰期寒冷干燥的環(huán)境[67]。末次冰消期早期的18—15 ka BP間, 拉普捷夫海區(qū)域氣候仍然寒冷, 大部分地區(qū)依舊覆蓋著永久性海冰, 離岸永久凍土的最大厚度達(dá)到了750—800 m, 雖然河流徑流量有所增加, 但仍非常小[54,66-68],末次冰消期晚期的15—12 ka BP, 氣候更加溫暖, 新仙女木時(shí)期, 拉普捷夫海近岸的比科夫斯基半島的孢粉記錄顯示, 該地區(qū)在距今12 ka BP左右氣候極為寒冷[66]。全新世初期氣候比現(xiàn)在更溫暖, 根據(jù)花粉重建的溫度結(jié)果表明10—7.6 ka BP(11.5—8.4 ka BP)期間, 溫度比現(xiàn)在高出4℃[26]。勒拿河三角洲以西約150 km的沉積物中, 9.5 ka BP左右灌木苔原植被以sect和花粉為主, 有殼變形蟲(chóng)在9.4—3.7 ka BP期間多樣性增強(qiáng), 指示了更高的溫度和濕度[67]。9 ka BP時(shí), 泰梅爾半島氣溫達(dá)到14℃左右, 比目前高4—8℃[59]。在7.6 ka BP之后氣候又逐漸轉(zhuǎn)冷, 拉普捷夫海沿海地區(qū)和北極苔原區(qū)的灌木植被消失[26]。但7.3—5.3 ka BP期間, 拉普捷夫海東部大陸架部分比現(xiàn)在還要溫暖, 海岸上的植被以灌木苔原和森林苔原為主[60-61]。受北大西洋和北極振蕩模式的影響, 拉普捷夫海西部的IRD峰值集中在7.2 ka BP、6.4 ka BP、5.4 ka BP、3 ka BP和2 ka BP, 最大值出現(xiàn)在5.4—2 ka BP之間, 指示了氣候的頻繁波動(dòng)[53]。西北陸坡區(qū)在~7.2 ka BP之后氣候轉(zhuǎn)冷, 千枚巖與IRD的含量增加, 冰蓋擴(kuò)張[53]。然而中部陸架古河道上的孢粉記錄發(fā)現(xiàn), 喬木花粉比例急劇增加, 莎草科植物數(shù)量減少, 草、藜科和石竹科等旱生植物花粉數(shù)量增加, 這表明中部陸架區(qū)中全新世期間暖干的氣候特點(diǎn)[69]。進(jìn)入晚全新世之后, 拉普捷夫海沿岸在3.7 ka BP和3.3 ka BP出現(xiàn)了樺樹(shù)灌木花粉, 這表明當(dāng)時(shí)該地區(qū)氣候較現(xiàn)在溫暖, 適宜矮樺樹(shù)灌木的生長(zhǎng)[25]。而3.5—3 ka BP北部陸坡區(qū)在大西洋水的輸入和大氣–海洋相互作用的影響下, 底層生物組合與IRD發(fā)生變化, 水體循環(huán)加劇、氣候變冷[55]。2.7 ka BP時(shí), 中部陸架古河道區(qū)域樹(shù)木花粉的下降、苔原草本植物和苔蘚的增加, 也指示了北極苔原寒冷無(wú)樹(shù)的氣候[69]。2.5—0.9 ka BP期間, 拉普捷夫海東部以較低的海水表層溫度和長(zhǎng)時(shí)間的季節(jié)性海冰覆蓋為主要特征, 其季節(jié)性海冰覆蓋時(shí)間每年超過(guò)10個(gè)月[70-71]。但即便如此, 拉普捷夫海的海水表層溫度仍比今天要高[71]。Matul等[72]通過(guò)對(duì)拉普捷夫海南部的研究也發(fā)現(xiàn)晚全新世期間(2.3 ka BP)氣候溫暖: 海水種硅藻(既能耐寒, 也能耐中冷, 又能耐中高溫)的比例增加, 有孔蟲(chóng)多樣性、豐度和保存程度提高, 喬木和灌木花粉含量升高。之后, 晚全新世晚期的氣候出現(xiàn)波動(dòng): 如1.9—1.6 ka BP的羅馬暖期, 1.6—1.1 ka BP中世紀(jì)初期的變冷, 1.1—0.6 ka BP的中世紀(jì)暖期, 約0.6—0.1 ka BP的小冰期[72]。其中, 從底棲有孔蟲(chóng)的多樣性和豐度的增加、暖水種硅藻的出現(xiàn)以及森林苔原花粉的存在來(lái)看, 中世紀(jì)變暖的程度超過(guò)了現(xiàn)代的“工業(yè)”變暖[72]。

早更新世到末次盛冰期, 拉普捷夫海的海平面同樣受冰期與間冰期轉(zhuǎn)換的影響[28]。在MIS3間冰期期間, 通過(guò)研究高分辨率的海底剖面發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)的河口更靠近大陸架邊緣[73]。地球物理及模型反演結(jié)果表明, 末次盛冰期期間拉普捷夫海被海冰覆蓋, 海平面下降了約100—120 m, 但冰期海平面下降的深度與大陸冰蓋的擴(kuò)張和退縮引起的地殼均衡變化有密切關(guān)系, 由于海平面下降引起的陸架卸載產(chǎn)生了40 m的均衡抬升, 導(dǎo)致海平面實(shí)際下降幅度小于100 m[42]。在末次盛冰期期間, 整個(gè)拉普捷夫海的大陸架暴露在外, 形成了黃土-冰川平原, 該平原覆蓋著由冰成和風(fēng)成沉積物組成的永凍層序列[73-74], 上面還分布著康坦加河、阿納巴爾河、奧列尼克河、勒拿河、亞納河的古河谷[53,65,75]。末次冰消期時(shí)期(14 ka BP), 大規(guī)模海侵開(kāi)始[57], 到12 ka BP海平面加速上升了30—50 m[64]。新仙女木時(shí)期, 海平面再次下降, 陸架上甚至恢復(fù)了河流沉積的特征[58]。全新世初期(11.1 ka BP)拉普捷夫海的海平面比現(xiàn)在低50 m左右[61], 之后直到9 ka BP海平面上升, 在其影響下亞納河沉積中心向南移動(dòng)了180 km[50], 在全新世初期的6 ka里由于氣溫升高導(dǎo)致海平面上升了60 m[58], 拉普捷夫海大陸架和近海的永凍土由于氣溫升高和海平面上升而退化[62-63]。到全新世中期, 拉普捷夫海區(qū)域的海平面已經(jīng)接近其現(xiàn)代位置[76], 直到全新世晚期(3.5—2 ka BP左右), 海平面在約1 500年的時(shí)間內(nèi)下降10 m左右[77]。

綜上所述, 古洋流、古海水溫鹽度、古海平面與冰蓋、古海冰等古海洋環(huán)境因子共同組成了楚科奇海、拉普捷夫海、東西伯利亞海的古海洋環(huán)境。而古海洋環(huán)境的演化在根本上則取決于地球軌道參數(shù)的變更和地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng), 以及由此所引發(fā)的正負(fù)反饋機(jī)制的影響。

3 總結(jié)與展望

北極地區(qū)古海洋環(huán)境研究在全球氣候變化研究中具有重要意義。本文選取楚科奇海、東西伯利亞海和拉普捷夫海為研究區(qū)域, 總結(jié)了近年來(lái)西伯利亞北極海域第四紀(jì)以來(lái)古海洋古氣候研究的進(jìn)展情況。

1. 楚科奇海北部海域自更新世中期以來(lái)的古海洋環(huán)境主要是在冰期-間冰期的波動(dòng)下受到波弗特環(huán)流、太平洋水、大西洋水、東西伯利亞沿岸流勢(shì)力消長(zhǎng)的控制, 南部陸架區(qū)則以海平面變化為主; 東西伯利亞海域自末次盛冰期以來(lái)的古海洋環(huán)境主要是受冰蓋擴(kuò)張和退縮、入海徑流、海底地形及冰川性地殼均衡補(bǔ)償?shù)挠绊懪c控制, 海平面發(fā)生波動(dòng), 在末次盛冰期海平面整體下降, 而末次冰消期以來(lái)海平面呈總體上升趨勢(shì); 拉普捷夫海域自早更新世以來(lái)的古海洋環(huán)境在海底地形、洋流活動(dòng)、入海徑流與冰蓋擴(kuò)張和退縮影響下, 海平面在冰期較低、間冰期高, 陸架水團(tuán)的性質(zhì)與河流沉積中心也發(fā)生相應(yīng)的波動(dòng)。

2. 第四紀(jì)以冰期與間冰期的氣候波動(dòng)與全新世以來(lái)千年尺度的氣候震蕩在三個(gè)海域的古環(huán)境研究中均有一定程度的響應(yīng)。

3. 在時(shí)間尺度上, 大多關(guān)注末次冰消期以來(lái)的古環(huán)境演變, 而末次冰消期之前的古海洋研究記錄較為缺乏, 尤其是海平面變化與海冰演化方面的研究相對(duì)更少; 在空間分布上, 多集中在楚科奇海域, 而東西伯利亞海和拉普捷夫海的研究成果則相對(duì)較少, 對(duì)該區(qū)域古海洋環(huán)境演變系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)還不是很清晰。

此外, 通過(guò)對(duì)西伯利亞極地海域古海洋環(huán)境研究的對(duì)比分析, 發(fā)現(xiàn)該區(qū)域古海洋研究中仍有很多問(wèn)題亟待解答。例如, 東西伯利亞海和拉普捷夫海古環(huán)境的變化對(duì)穿極流的影響, 及與北大西洋和北極振蕩模式有多大程度的關(guān)聯(lián)。18—15 ka BP期間的某個(gè)時(shí)間大西洋水到達(dá)北極, 但大西洋水通過(guò)巴倫支海大陸架到達(dá)北極的具體路徑及準(zhǔn)確時(shí)間尚無(wú)定論。因此, 開(kāi)展長(zhǎng)時(shí)間尺度的多指標(biāo)綜合研究是今后北極地區(qū)古海洋研究的主要方向, 將有利于我們對(duì)北極古海洋環(huán)境有更深和更系統(tǒng)的了解, 也對(duì)全球古海洋古氣候研究具有重要意義。

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REVIEW OF RESEARCH ON QUATERNARY PALEOCEANOGRAPHY OF THE SIBERIAN ARCTIC SEAS

Jia Fufu1, Sha Longbin1,2, Li Dongling1, Liu Yanguang2,3

(1Department of Geography and Spatial Information Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China;2Laboratory for Marine Geology, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266061, China;3Key Laboratory of Marine Sedimentology and Environmental Geology, First Institute of Oceanography, MNR, Qingdao 266061, China.)

The Arctic is one of the most sensitive areas to global climate change because of its strong influence on global thermohaline circulation and atmospheric circulation. In particular, changes in Arctic sea ice and sea level have affected the opening and closure of the Bering Strait, water mass exchange and ocean circulation, as well as exposure of Arctic continental margins. The Chukchi, East Siberian and Laptev seas are the largest marginal seas in the Arctic Ocean and have undergone significant oceanographic changes during glacial–interglacial cycles. In this review, we present Quaternary oceanographic and climatic changes in the Chukchi, East Siberian and Laptev seas, and then discuss advantages and disadvantages of different paleoceanographic and paleoenvironmental records based on a diverse range of proxies. In the comparatively comprehensive and systematic body of research on Quaternary paleoceanography of the Siberian Arctic seas, we found that paleoceanographic records (i.e. oceanography, sea level, sea surface temperature and salinity, sea ice) were influenced by changes in the Earth’s orbit and the amount of radiant energy reaching the Earth, as well as ice sheet mass balance, sea level changes and Arctic river discharge. We also provide suggestions for future paleoclimate and paleoceanographic research in this region.

Chukchi Sea, East Siberian Sea, Laptev Sea, Quaternary paleoceanography

2019年12月收到來(lái)稿, 2020年2月收到修改稿

國(guó)家自然科學(xué)基金(41776193, 41876215, 41876070)、青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋地質(zhì)過(guò)程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(MGQNLM201707)、南北極環(huán)境綜合考察與評(píng)估專(zhuān)項(xiàng)(CHINARE03-02)、山東省重大科技創(chuàng)新工程專(zhuān)項(xiàng)(2018SDKJ0104)資助

賈福福, 男, 1994年生。碩士研究生, 主要從事微體古生物方面研究。E-mail:2860312328@qq.com

劉焱光, E-mail: yanguangliu@fio.org.cn

10. 13679/j.jdyj.20190074