《低纬度东太平洋地区(Soledad Basin)不同时间尺度生态环境演变记录及控制机制.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低纬度东太平洋地区(Soledad Basin)不同时间尺度生态环境演变记录及控制机制.pdf（107页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、 低纬度东太平洋地区( s oe d a dB a sn ) 不同时间尺度 生态环境演变记录及控制机制 摘要 作为北太平洋东边界流的加利福尼亚流( C a l i f o r n i aC u r r e n t ，C C ) 是北太平洋环流 的丰要组成部分，其所控制的北太平洋彖部不耐纬度地区的生惫环境对气候变化的响 应存在着区域差异性。相对于中纬度的尔太平洋加利福尼亚流系统( C a l i f o r n i aC u r r e n t S y s t e m ，C C S ) 而言，低纬度地区不仅受到高纬度地区气候变化与沿岸上升流的影响， 更受到赤道太平洋E N S O 现象的影响，这
2、些因素使得东太平洋低纬度地区的生态环境 变化呈现出复杂性。但是由于缺少高分辨的、眭期连续的观测数据，限制了对于该地 区生态环境演变规律及控制机制的研究。本论文主要利用K 链烯酮不饱和度u ：指标 和多参数生物标志物的方法重建了位于低纬度东太平洋B a j a C a l i f o r n i a 沿岸地区的 S o l e d a dB a s i n 在短时问尺度( 类年际分辨率，过去1 5 0v 凶C o r e2 A 2 B 岩心) 和K 时 间尺度( 百年尺度分辨率，过去1 4k y r ，M V 9 9 G C 4 1 P C I 4 岩心) 的海水表层温度 ( S S T ) 、
3、海洋浮游植物生产力及苴群落结构的变化，探讨了低纬度东太平洋地区 ( S o l e d a dB a s i n ) 生态环境的演变规律及控制机制。 u ：指标熏建的S o l e d a dB a s i n 过去I5 0 年类年际分辨率的海水表层温度在1 93 2 16 。C 之间变化平均值为2 08 。c 。】9 4 0 s 以前，u ：S S T 变化幅度较小并普遍高 于平均值而自1 9 5 0 A D 开始，S S T 表现出】。c 左右变化幅度的多个年代际波动现 象。长链烯酮含量显示出年际年代际波动，而菜子潲醇和甲藻f 1 醇含量在1 9 5 0AD 之前被动幅度很小，之后变化幅度
4、增大。粜子1 书醇、甲漂带醇的台量与k 链烯酮台量 在1 9 5 0 A D 以后显不H 相反的变化。通过与器测温度I 己录相比址示，对S o l e d a dB a s i n 而苦，利j 日u ：指标重建的S S T 最能反映的是年平均海水表层温度，并不存在明显的 季节性偏差。1 9 5 0A D 咀后，由于受到沿岸上升流强度的年代际波动增强影l 咖， S o l e d a dB a s i n 的u ：一S S T 址录显不出幅度在I 。C 屈冉的H M 破动。硅藻、半藻的 生一：力与l | ! 负石藻7 L 产力在1 9 5 0AD 以后出现枷反的年代际波动坫中硅藻，藻商 值对应低
5、温而颗I i 藻高值对应高温。浮游植物L L j 6 - 力和群落结构的这种年代际波动同 样是由沿岸上升流强度的年代际波动所丰宰相m 上升流增强，温度F 降，营养盐增加， 硅藻、甲藻生产力相对贡献增加而颗石藻生产力相对贡献减少。而在1 9 4 0 s 以前，沿 岸上升流强度整体相对较弱，导致了S S T 的变化l 暗度较小且普遍相对较高，同时真 光层低的营养赫含量，颗石藻竞争优势提高，是生产力的主要贡献者，而硅藻和甲藻 与颗石藻生产力的变化相似但波动幅度不明显。这些结果表明了S o l e d a dB a s i n 的生 态环境在】9 5 0AD 之前与之后的两个不同时期可能发生了改变，而
6、且影响年代际温 度变化的机制存在有差异。研究结果与文献中提出的沿岸上升流近期变化一致，就是 过去几 年全球变暖导致S o l e d a dB a s i n 海区上升流强度增加。困此，在年际年代际 时间尺度上，当地的沿岸上升流过程是影响S o l e d a dB a s i n 生态环境变化的主要机制。 S o l e d a d B a s i n 过去1 4k y r 百年尺度分辨率的u ：S S T 记录显示B A 暖期( B o i l i n g A l l e r o d ) 和Y D ( Y o u n g e rD r y a s ) 冷期的最大温差为2 3 。C ，自Y
7、D 至全新世时期温度 总体呈现上升趋势( 平均上升13 。C ) 但在全新世时期没有明显的变化趋势。生物标 志物含量( 菜子甾醇，甲藻带醇和长链烯酮) 在B A 和Y D 时期并没有显著变化，而 自Y D 时期至全新世时期菜子f j 醇、甲藻 醇和长链烯酮的含量明显增加，同时菜子 甾醇长链烯酮的比值增大。生物标志物含量在中一晚全新世时期变化频率增大，长链 烯酮含量先降低后增加。过去】4k y r ，S o l e d a d B a s i n 显示有明显的B A 和Y D 时期的 出现，但是B A 至Y D 时期的温度变化幅度小于中纬度地区，并且与中纬度的加利 福尼亚流系统出现的中全新世变冷
8、不同，S o l e d a dB a s i n 在全新世时期温度没有明显的 变化趋势。上述现象表明了低纬度东太平洋地区对高纬度地区气候变化的响应，以及 E N S O 现象对低纬度地区B A 节Y D 时期的温度变化有所影响此外加利福尼亚流 和沿岸E 刑流对低纬度地区的影响要小于i p 纬度地I x 。自冰消期至早全新世，S o l e d a d B a s i n 的生产力提高，硅藻和l 弘藻的相对贡献增加，颗石藻相对贞献减小，这主要是 与加利福尼监流与沿岸上升流的强度增强有关，同时也暗示了冰期至川冰l | j 赤道东太 平洋类E lN i f i o 状态向类L aN i f i a
9、 状态的转变。中晚全新世时期，浮游植物世产力受 到E N S O 现象的影响，波动频率增大，颗石藻的相对贡献先降低后增加，主要的浮游 植物群落转变为颗石藻。凼此，在冰划划冰期的时日J 尺度上，高纬度地区的气候 变化与K 域性气候变化是影响S o l e d a dB a s i n 生态环境的变化的 耍机制。 关键词：u ：生物标志物：海水表层温度：浮游植物生产力：s o l e d a dB a s ln T h ed i f f e r e n tt i m e s c a I ee c o I o g iC a Ie n v ir o n m e n tr e c o r d s a n
10、 dt h e irc o n tr o l i n gm e c h a n is m s nt h etr o D i c a I E a s tP a c i f i c ( S o le d a dB a s in ) A b s tr a c t A st h eE a s t e r nB o u n d a r yC u r r e n to f t h eN o r t hP a c i f i cO c e a n t h eC a l 】f o m i aC u r r e n l ( C C ) i sa t i m p o n a l l tc o m p o n e
11、n to f t h eN o r t hP a c i f i cG y r eT h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t si n d i f f e r e n t r e g i o n sc o n t r o l l e db y t h eC a l i f o r n i aC u r r e n tr e s p o n dd i f f e r e n t l yt oc l i m a t e c h a n g e sR e l a t i v et ot h em i d l a t i t u d eC a l i f
12、 o r n i aC u r r e n tS y s t e m ( C C S ) ，t h el o w l a t i t u d e r e g i o n i sn o to n l yi n f l u e n c e d b yt h ec l i m a t ec h a n g eo fh i g h - l a t i t u d ea r e aa n dc o a s t a l u p w e t l i n g b u ta l s oi n f l u e n c e db yt h eE N S Oo r i g i n a t e df r o mE q
13、u a t o r i a lP a c i f i cT h u s t h e s ef a c t o r sm a k et h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n tc h a n g e so fl o w - l a t i t u d e r e g i o nm o r e c o m p l i c a t e dL a c ko fh i g hr e s o l u t i o na n dl o n gt i m es e r i e si n s t r u m e n t a ld a t a ，h o w e v e
14、r r e s t r i c tt h er e s e a r c h e so ne c o l o g i c a le n v i r o n m e n tv a r i a t i o n sa n dt h ec o n t r o l l i n gm e c h a n i s m F h i st h e s i st a m e so u tt h ea l k e n o n e su n s a t u r a t i o nr a t i oi n d e x ( u ：) a n dm u l t i - b i o m a r k e r s i nt w o
15、s e d i m e n tc o r e sd r i l l e df r o mt h eS o l e d a dB a s i no f f B a j aC a l i f o r n i a 、r e c o n s t r u c t st h e v a r i a t i o n so fs e as u r f a c et e m p e r a t u r e ( S S T ) ，p h y t o p l a n k t o np r o d u c t i v i t ya n dc o m m u n i t y s t r u c t u r eo Rs
16、h o r t ( C o r e2 A J 2 B ，q u a s i a n n u a lr e s o l u t i o nt h ep a s t1 5 0y r s ) a n dl o n g ( M V 9 9 - G C 4 1 P C I 4 c e n t e n n i a lr e s o l u t i o n t h ep a s t1 4k y r ) t i m e s e a l e s T h eq u a s i - a n n u a lU ! S S Tr e c o r df o rS o l e d a dB a s i nd u r i n
17、 gt h ep a s t15 0y r sv a r i e s f r o m1 9 3t o2 16 。Cw i t ham e a nv a l u eo f2 0 8 。CB e f o r e1 9 4 0 su ! 一S S Tr e v e a l s s m a l l e ra m p l i t u d ec h a n g e sw i t hv a l u e sg e n e r a l l yh i g h e rt h a nt h ea v e r a g ew h i l ea f t e r w a r d s ， S S Td i s p I a y
18、sn u m e r o B sd e c a d a lo s c i l l a t i o n so nt h eo r d e ro fc a1 。CT h ea l k e n o n e sr e c o r d r e v e a l sl n a n yo s c i l l a t i o n so ni n t e r a n n u a la n dd e c a d a lt i m e s c a l e sT h em a g n i t u d eo f o s c i l l a t i o n sf o rb r a s s i c a s t e r o l
19、a n dd i n o s t e r 0 1c o n t e n t sI ss m a l l e rb e f o r e 】9 5 0AD b u t m u c h l a r g e r a f t e r1 9 5 0ADT h eb i o m a r k e r sc o n t e n t sf o ra l k e n o n e sa n d b r a s s i c a s t e r o l d i n o s t e r o lr e v e a li n v e r s cc o r r e l a t i o na t 2 e r1 9 5 0ADb u
20、 tf l u c t u a t ei np a r a l l e l r o u g h l yb e f o r e 1 9 5 0ADC o m p a r i s o nt h eL r ；一S S Tr e c o r dw i t hf i l ei n s t r u m e n t a lS S I r e c o r d s ，s u g g e s t st h a t t h e u ：p r o x ye s t i m a t e sc a nb e s tr e f l e c tt h ea n n u a lm e a ns e a s u r f a c
21、et e m p e r a t u r ei nS o l e d a dB a s i n w i t hn oa p p a r e n ts e a s o n a lb i a sS i n c e1 9 5 0AD ， t h e u ：一S S Tr e c o r dd i s p l a y sn t t m e r o t l Sd e c a d No s c i l l a t i o n sw i t hm a g n i t u d eo fc a1 。C w h i c hm a yb ec o n t r o l l e d b y t h ei n c r e
22、 a s e dd e c a d a lo s c i l l a t i o n so fc o a s t a lu p w e l l i n g i n t e n s i t yD i a t o m sa n dd f a a f l a g e l l a t e sp r o d u cvt ys h o wi n v e r s ed e c a d a lo s c i l l a t i o n sw i t h h a p t o p h y t e sp r o d u c t i v i t y , w i t hh i g h e rd i a t o m s
23、d i n a f l a g e l f a t e sp r o d u c t i v i t yc o r r e s p o n d i n g t ol o w e rS S Ta n dh i g h e rb a p t o p h y t e sp r o d u c t i v i t yc o r r e s p o n d i n gt o b i g h e rS S T T h e s e v a r i a t i o n so fp h y t o p l a n k t o np r o d u c t i v i t ya n dc o m m u n i
24、t ys t r u c t u r ea r ea l s oi n d i c a t i v eo f d e c a d a lo s c i l l a t i o n so f u p w e l l i n g i n t e n s i t yT h eh i g h e ru p w e l l i n gi n t e n s i t 5w i t hl o w e rS S T c a ni n c r e a s et h es u p p l i e dn u t r i e n t s t h u st h e c o n t r i b u t i o n so
25、fd l a t o m “d l n a n a g e I i 砒e s p r o d u c t i v i t ye n h a n c e da n dh a p t o p h y t e sp r o d u c t i v i t yc o n t r i b u t i o n sd e c r e a s e dH o w e v e r , t h e o v e r a l lu p w e l l i n gi n t e n s i t yi sw e a k e rb e f o r e1 9 4 f l s w h i c hc a H s e st h es
26、 m a l lS S Tc h a n g e s a n dh i g h e ra v e r a g eB e s i d e s ，l o wn u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n si nt h ee u p h o r i cz o n ei sf a v o r a b l e f o r h a p l o p h y t e sg r o w t h a n de n h a n c et h e h a p t o p h y t e sc o m p e t i t i o n ，h o w e v e r , d l a t
27、o m s ，d i n a n 8 9 e l l a c e 3p r o d u c t i v i t yf l u c t u a t e si np a r a l l e lw i t hh a p t o p h y t e sp r o d u c t i v i t y w i t hs m a l l e rm n p l i t u d eT h e s er e s u l t ss h o wt h a tt h ee c o s y s t e mo fS o l e d a dB a s i nm a yb e d i f f e r e n tb e t w
28、e e np r e - 1 9 5 0A Da n dp o s t - 1 9 5 0A Da n dt h em e c h a n i s m sc o n t r o l l e dt h e t e m p e r a t u r ed e c a d a lo s c i l l a t i o n sa r ea l s od i f f e r e n tT h er e s u l ti sc o n s i s t e n tw i t hp r e v i o u s s t u d i e sw h i c hi n d i c a t ec o a s t a lu
29、 p w e l l i n gi n c r e a s e dd u r i n gt h ep a s ts e v e r a ld e c a d e sa sa r e s u l to fg l o b a lw a r m i n gi nS o l e d a dB a s i nT h e r e f o r e o ni n t e r a n n u a l d e c a d a lt i m e s c a l e t h el o c a lu p w e l l i n gp r o c e s si st h em a i nc o n t r o l l i
30、 n gm e c h a n i s mo nt h ev a r i a t i o n so f e c o l o g i c a le n v i r o t l r n e n ti nS o l e d a dB a s i n T h ec e n t e n n i a lr e c o r di ns e as u r f a c et e m p e r a t u r ec a l c u l a t e db y U ；i n d e xo v e rt h e p a s l1 4k y ri nS o l e d a dB a s i nr e v e a l s
31、t h a tt h em a g n i t u d eo fB - A ( B o i l i n g - A l l e r o d ) a n dY D f Y o u n g e rD r y a s ) p e r i o d sS S Tc b a n g e si s23 。CO v e r a l lU ! - S S Ti n c r e a s ef r o mY Dt o H o l o c e n e ( a v e r a g ec h a n g e s13 。C 1 ，b u tt h e r ei sn oo b v i o u st r e n dw i t
32、 h i nt h eH o l o c e n e B i o m a r k e r sc o n t e n t s ( b r a s s i c a s t e r 0 1 d i n o s t e r o la n da l k e n o n e s ) s h o wn oa p p a r e n tc h a n g e s f r o mB At oY Db u ti n c r e a s eo b v i o u s l yf r o mY Dt oH o l o c e n ew i t hi n c r e a s i n gv a l u eo f b r a
33、 s s i c a s t e r o lt oa l k e n o n e sr a t i oB i o m a r k e r sc o n t e n t sf l u c t u a t ef r e q u e n t l yd u r i n gt h em i d - t oI a t eH o l o c e n ea l k e n o n e sc o n t e n td e c r e a s e sa n dt h e nI n c r e a s e sr b eB Aa n dY D i n t e r v a l sa r ec l e a r l yr
34、e v e a l e dl nS o l e d a dB a s i nd u r i n gt h ep a s t1 4k y rb u tt h em a g n i t u d e c h a n g e so fS Sr i ss m a l l e rt h a nt h a tr e c o r d e di nm i d l a t i t u d er e g i o n sU n l i k et h ec o o l m i d H o l o c e n el nt h em i d l a t i t u d eC a l l f o r n i aC u r r
35、 e n tS y s t e mt h eS S Tr e c o r di i lS o l e d a d B a s i nl b rt h eH o l o c e n ed o e sn o ts h o wo b v i o u sc h a n g e sT h e s ep h e n o m e n ai n d i c a t et h a tt h e l o w l a t i t u d ee a s t e r nP a c i f i cr e s p o n dt oc l i m a t ec h a n g e sf o r c i n gf r o mh
36、 i g h - l a t i t u d ea r e a ，a n d E N S Oc a nh a v ei n f l u e n c eo nt h eS S Tc h a n g e sf r o mB AI oY DT h eC a l i f o r n i aC u r r e n t a n dc o a s t a lu p w e l l i n gh a v el e s se f f e c t so nl o w l a t i t u d er e g i o n st h a nt h a to i lm i d l a t i t u d e r e g
37、 i o n s F r o mt h el a s t d e g l a c i a t i o nt oe a r l y H o l o c e n e a l lo v e r a l li n c r e a s e dt r e n do f p h y t o p l a n k t o np r o d u c t i v i t y i ss h o w ni nS o l e d a d B a s i n ，a n dd l m o m s d j n a n a g e l l a t e s p r o d u c t i v i t ym a k el n o r
38、 er e l a t i v ec o n t r i b u t i o n sa n db e c o m e t h em a j o r p h y t o p l a n k t o n c o m m u n i t y , w h i l et h ec o n t r i b u t i o no f h a p t o p h y t e sp r o d u c t i v i t yd e c r e a s e h e s er e f l e c tt h e i n c r e a s e dC a l i f o r n i aC u r r e n ta n
39、dc o a s t a lu p w e l l i n gi n t e n s i t y a n di n d i c a t eac l i m a t e t r a n s i t i o nf r o mE lN i f i o l i k ec o n d i t i o n st oL aN i f i a 1 i k ec o n d i t i o n sf r o mg l a c i a lt o i n t e r g l a c i a lp e r i o d sF r o mm i d t ol a t e H o l o c e n e ，t h ep h
40、 y t o p i a n k t o np r o d u c t i v i t yv a r ym o r e f r e q u e n t ，w h i c hi sc a u s e db yt h em o d e mE N S Oe v e n t s T h ec o n t r i b u t i o no fh a p t o p h y t e s d e c r e a s ea n dt h e ni n c r e a s e ，t b u s h a p t o p h y t e sb g c o m et h ed o m t h a mp h y t o
41、 p l a n k t o n c o m m u n i t yT h e r e f o r e ，o nt h eg l a c i a lt oi n t e r g l a c i a lt i m e s c a l e c l i m a t ec h a n g e sf o r c i n g f r o mh i g h l a t i t u d ea r e aa n dt h er e g i o n a ls c a l ec l i m a t ec h a n g e sa r et h em a i nc o n t r o l l i n g m e c
42、h a n i s m so nt h ev a r i a t i o n so f e c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti nS o l e d a dB a s i n K e y w o r d s ：u ：b i o m a r k e r s s e as u r f a c et e m p er a t ur e ，p h y t o p Ia n k t o np r o d u c t v i t y S o l e d a dB a s l n 目录 l 绪论1 1 1 北太平洋东部地区生志环境变化的研究现状 l 1 1 L 长
43、时间尺度( 冰期一佃j 冰期) 的生态环境变化、 2 ll2 短时间尺度( 年际一年代际) 的生态环境变化3 1 2 生态环境变化的重建生物标志物方法4 12l 海水表层温度( S S T ) 重建指标u ： 5 122 浮游植物生产力与生物标志物 7 1 23 浮游植物群落结构与生物标志物 9 124 陆源生物标志物 ，I I 125 生物标志物在海洋生态环境重建应用中的假设条件 1 1 I3 研究思路与内容 1 4 l4 论文框架 1 4 2 研究区域( S o l e d a dB a s i n ) 的海洋学特征 1 6 21 区域地质概况与沉积特征 1 6 22 区域环流体系与水文特
44、征 1 8 22l 加利福尼亚流与沿岸上升流 1 8 2 22 水文特征 1 9 3 研究方法 ，2 2 31 有机质萃取 2 2 32 仪器分析 2 2 4S o l e d a dB a s i n 过去1 5 0 年海水表层温度及生产力变化的类年际 ( q u a s i a n n u a l ) 记录 2 5 dI 研究材料 2 5 42u ：一s sr 与q - 物杯志物的记求 2 7 43 器测s sr 的气候学特自l ：与异常 3 0 44 u ：S S T 与器删s s T 比较 3 2 45 浮游植物生产力与u ：一S S T 的关系 46S o le d a dB a s
45、 in I 二态环境变化与气候变化的关系 4 6I E N S O 与A 平洋气候年代际振荡( P D O ) 462 生态_ | ；| = 境变化与E N S O P D O 的关系 47 本章小结 3 7 4 0 4 0 4 0 4 3 5S o l e d a dB a s i n 过去1 4k y r 海水表层温度及生产力变化的百年尺度记 南t 4 5 5l 研究材料 4 5 51 l 重力岩心G C 4 1 与活塞岩心P C I 4 4 5 512 年代框架 4 6 52 海水表层温度 4 8 5 2iB - A 至Y D 时期的u SS S T 记录 5 0 522Y D 至全新世
46、时期的u ：一S S T 电录 5 2 523 全新世时期的u ：s s l 记录 5 3 524u ：一s s q 记求与浮游有孔虫M g C a S S T 记录的比较 5 5 53 生物标志物古量与浮游植物生产力的变化 ，5 7 5 31 冰消期至早全新世浮游植物生产力的变化 6 0 5 32BA 至Y D 时期浮游植物生产力的变化 6 3 5 33 中晚全新世时期浮游植物生产力的变化 6 5 54 本章小结 6 6 6 结沦与创新点 6 8 6 】结论6 8 62 沦文刨新点 7 0 参考文献 7 1 附录 8 6 致谢 ，8 9 个人简历 9 0 低纬度东太、r 洋地K ( S o
47、t c d a dB a s i n ) d q ，日时间J t 度生态目- 境渍变l d 荣控制机制 1 绪论 1 1 北太平洋东部地区生态环境变化的研究现状 世界大洋的不同区域对气候变化的响应是各不相同的。作为世界上层大洋主要环 流体系的北太平洋环流体系，其在冰期问冰期的演变对全球气候和海洋坏境的变化 起着重要的作用。尤其是太平洋东、两边界流的加利福尼亚流( C a l i f o r n i aC u r r e n t ，C C ) 与黑潮( K u r o s h i oC u r r e n t ，K C ) 。在很大程度上影响了北美洲和东亚的气候变化与水 汽循环I l 引。此外加利福尼亚流能够维持北太平洋来部海域较高的移J 级生产力水平， 使其成为全球海洋的高生产力区域。因而，包括加利福尼亚流系统( C a l i f o m i a C u r r e n tS y s t e m C C S ) 是世界上调查、研究最为广泛的海洋区域之一。北美洲西部沿 岸地区促进浮游植物生长的营养盐主要来源于加利福尼亚流与沿岸上升流，B a r b e r a n dC h a v e z ( 1 9 8 3 ) 的生物生产概念模型指出两个重要的物理过程维持了这一地区高 的生产力水平：其一是