王玥銘，竇衍光，李軍，徐景平，蔡峰，溫珍河，趙京濤，陳曉輝

1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東青島 266100 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島 266071 3.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266061 4.青島海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266061 5.南方科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程系，廣東深圳 518055

0 引言

陸源輸入和古環(huán)境演變一直是邊緣海沉積地質(zhì)學(xué)關(guān)注的重點(diǎn)問題。沖繩海槽作為東海陸架與西太平洋的過渡地帶，晚第四紀(jì)以來的連續(xù)沉積記錄了陸源物質(zhì)供給、海平面升降、洋流以及季風(fēng)氣候等演變過程，是研究東亞古環(huán)境演化和海陸相互作用的良好材料。末次盛冰期(LGM)以來，東海沉積物的物源供給格局發(fā)生較大變化：低海面時(shí)期，長(zhǎng)江、黃河等大型河流穿越出露的陸架，向陸坡搬運(yùn)東亞大陸風(fēng)化剝蝕形成的巨量沉積物[1]，現(xiàn)今，高海面狀態(tài)下大陸河流搬運(yùn)的沉積物大部分堆積在河口及內(nèi)陸架[2-3]，向沖繩海槽的跨陸架輸運(yùn)受到黑潮的阻礙[4-5]；與之相對(duì)應(yīng)在臺(tái)風(fēng)、地震等活動(dòng)的作用下，臺(tái)灣的山溪性河流向東海和沖繩海槽輸入巨量的陸源物質(zhì)[6]。前人對(duì)末次盛冰期以來沖繩海槽陸源沉積物的來源已進(jìn)行了詳盡的研究[7]，盛冰期、冰消期早期的沉積速率高于全新世，陸源輸入存在減少趨勢(shì)[8]。對(duì)于從末次盛冰期到全新世沖繩海槽陸源物質(zhì)的來源，一種觀點(diǎn)認(rèn)為物源沒有發(fā)生變化，主要是來自長(zhǎng)江、黃河及東海內(nèi)陸架物質(zhì)[9-11]，另一種認(rèn)為高海平面以來通過黑潮的搬運(yùn)臺(tái)灣物質(zhì)可以輸入沖繩海槽[12-14]。

陸源碎屑中的黏土礦物粒徑細(xì)，搬運(yùn)距離長(zhǎng)，對(duì)物源變化具有良好的指示作用。楊作升[15]對(duì)長(zhǎng)江、黃河、珠江的黏土礦物進(jìn)行研究，認(rèn)為其黏土礦物可以用于判別陸架海區(qū)沉積物的來源和擴(kuò)散。Liuetal.[16]根據(jù)黏土礦物組成識(shí)別南海東北部海區(qū)表層沉積物的來源為珠江、臺(tái)灣和呂宋島弧火山。另一方面，黏土礦物記錄的物質(zhì)來源變化對(duì)源區(qū)季風(fēng)氣候、風(fēng)化剝蝕強(qiáng)度有一定的響應(yīng)關(guān)系。劉志飛等[17]根據(jù)湄公河盆地的蒙皂石/(伊利石+綠泥石)和蒙皂石/高嶺石比值反演東亞季風(fēng)的演變，間冰期化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)，比值較高，代表強(qiáng)盛的夏季風(fēng)降雨和減弱的冬季風(fēng)環(huán)流；反之，低值對(duì)應(yīng)于冰期的強(qiáng)冬季風(fēng)。黏土礦物變化與地球軌道參數(shù)偏心率、歲差周期、低緯夏季日射量變化等也具有相關(guān)性，反映東亞季風(fēng)變化的高緯冰蓋和低緯熱帶驅(qū)動(dòng)機(jī)制[18]。

在前人研究的基礎(chǔ)上，本文選取沖繩海槽中部OKT12巖芯，結(jié)合AMS14C數(shù)據(jù)，探討16 ka以來黏土礦物記錄的沖繩海槽中南部陸源物質(zhì)來源演化及其對(duì)全新世氣候變化的響應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 研究材料

OKT12巖芯是青島海洋地質(zhì)研究所2014年利用海大號(hào)科學(xué)考察船在沖繩海槽中部取得的重力活塞柱狀樣，坐標(biāo)125.34 °E，26.05 °N，水深1 924.53 m，巖芯長(zhǎng)度為4.68 m(圖1)。該柱狀樣主要由黏土質(zhì)粉砂組成，1.36～1.48 m處發(fā)育火山灰層，AMS14C年代顯示年齡為6.8～7.3 ka，與沖繩海槽及日本區(qū)域廣泛分布的K-Ah 火山灰層具有可對(duì)比性，如日本湖泊沉積記錄K-Ah 火山灰層年齡在7.3 ka[19]。

圖1 東海陸架—沖繩海槽流系圖及OKT12巖芯位置[12]Fig.1 Circulation system of East China Sea shelf-Okinawa Trough and location of Core OKT12[12]

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 AMS14C測(cè)年

對(duì)巖芯以大致30 cm間隔選取12 個(gè)層位樣品挑選浮游有孔蟲，在美國(guó)Beta 實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行AMS14C測(cè)試。測(cè)試得到的14C年齡使用CALIB 7.0.4軟件校正到日歷年齡，考慮到?jīng)_繩海槽一直與太平洋連通，選擇了標(biāo)準(zhǔn)的海洋校正數(shù)據(jù)庫進(jìn)行校正。400 a的大氣與海水間的全球碳儲(chǔ)庫差異由程序自動(dòng)減去。測(cè)年結(jié)果如表1所示。

本文使用的年代數(shù)據(jù)均為日歷年齡，根據(jù)獲得的控制點(diǎn)深度和AMS14C年齡，進(jìn)行線性內(nèi)插和外推獲得所有沉積物樣品的年齡。深度387 cm和417 cm兩層位年代相近但存在倒轉(zhuǎn)，力求357～447 cm之間的層位沉積速率的差別最小，因而去除447 cm層位的年代倒轉(zhuǎn)的樣品。依據(jù)沉積物沉積速率，外插計(jì)算得到OKT12孔底部的年齡在16.3 ka左右，建立巖芯基本年代框架。

1.2.2 黏土礦物分析

黏土礦物取樣間隔為4 cm，使用黏土粒級(jí)礦物(<2 μm)定向薄片X射線衍射(XRD)方法分析，測(cè)試在國(guó)土資源部油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。樣品測(cè)試前使用0.2 N稀鹽酸去除碳酸鈣，用去離子水清洗離心后，根據(jù)Stoke沉降原理提取小于2 μm的顆粒。每個(gè)樣品制成兩份定向薄片，一份風(fēng)干后制成自然定向片，上機(jī)測(cè)試后在乙二醇蒸汽中浸泡48 h，制成乙二醇飽和定向片再測(cè)試，另一份在490 ℃加熱兩個(gè)小時(shí)后，制成加熱定向片上機(jī)測(cè)試。利用Rigaku D/max-rB型X射線衍射儀測(cè)試(CuKα)，工作電壓 40 kV、電流100 mA， 掃描范圍3°～35°(2θ)，步長(zhǎng)2 °/min，使用Jade5.0軟件對(duì)主要衍射峰面積進(jìn)行擬合、提取特征峰強(qiáng)度值，利用Biscaye[20]的方法計(jì)算四種主要黏土礦物(蒙皂石、伊利石、高嶺石和綠泥石)的相對(duì)含量，即選用乙二醇飽和片圖譜上蒙皂石(17 ?)、伊利石(10 ?)、綠泥石和高嶺石(7 ?)四種礦物的三個(gè)特征峰的峰面積作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，其強(qiáng)度因子分別為 1、4、2， 綠泥石和高嶺石的含量比例以 25°(2θ)左右3.54 ?/3.57 ?附近的衍射峰面積比值求得。

2 結(jié)果

OKT12巖芯的黏土礦物組成中伊利石含量最高，綠泥石次之，高嶺石和蒙皂石含量較低(圖2)。最主要的組成礦物伊利石的含量在64.5%～74.6%，平均67.0%；綠泥石含量在15.4%～22.2%，平均17.6%；高嶺石含量在5.5%～11.2%，平均9.6%；蒙皂石含量在0.2%～7.1%，平均4.9%。黏土礦物的變化可分為兩個(gè)階段，在16～10 ka階段伊利石含量64.5%～71.6%，綠泥石含量15.4%～19.6%，高嶺石的含量7.6%～11.2%，蒙皂石含量0.6%～7.1%，蒙皂石和高嶺石的含量相對(duì)處于高值，而綠泥石和伊利石含量則相對(duì)低；10～0 ka階段伊利石含量65.3%～74.6%，綠泥石含量17.8%～22.2%，高嶺石的含量5.5%～9%，蒙皂石含量0.2%～6.2%，伊利石和綠泥石的含量增加，蒙皂石和高嶺石減少。黏土礦物比值伊利石/蒙皂石、綠泥石/高嶺石的變化趨勢(shì)和伊利石、綠泥石含量變化相似，也是自10 ka時(shí)增大，全新世時(shí)比值要高于末次冰消期。

表1 沖繩海槽OKT12孔AMS14C年齡

圖2 OKT12巖芯蒙皂石、伊利石、高嶺石和綠泥石含量(%)以及伊利石/蒙皂石、綠泥石/高嶺石比值Fig.2 Smectite, illite, kaolinite and chlorite content, illite/smectite ratio and chlorite/kaolinite ratio of Core OKT12

3 討論

3.1 黏土礦物物質(zhì)來源

黏土礦物受原巖性質(zhì)、風(fēng)化程度、構(gòu)造活動(dòng)、氣候變化等因素影響，在不同的環(huán)境下形成不同的礦物組合，因此可以用于判別黏土礦物的來源。沖繩海槽區(qū)域黏土礦物組成也被廣泛用于判別陸源物質(zhì)來源，如沖繩海槽北部的PC-1孔的物源主要由黃河變?yōu)辄S河和臺(tái)灣[21]；對(duì)沖繩海槽中南部的OKI04[22]、KX12-3[23]、DGKS9604[24]、A7[25]等巖芯的研究多認(rèn)為陸源物質(zhì)來源由黃河和長(zhǎng)江變?yōu)殚L(zhǎng)江、東海陸架和臺(tái)灣，特別是臺(tái)灣物質(zhì)成為主要來源[24]，尤其是臺(tái)灣東部河流[22]。

黏土礦物是母巖風(fēng)化的產(chǎn)物，黏土礦物間性質(zhì)差異較大：高嶺石是潮濕氣候下母巖在酸性介質(zhì)中被強(qiáng)烈淋濾形成的，溫暖潮濕的氣候有利于高嶺石的形成和保存；綠泥石形成于干旱寒冷氣候化學(xué)風(fēng)化受抑制的條件下，如冰川和干旱地區(qū)；伊利石形成于氣候干冷淋濾作用弱的條件下，可進(jìn)一步風(fēng)化為高嶺石；蒙皂石是在寒冷氣候下形成的，火山物質(zhì)在堿性介質(zhì)中易轉(zhuǎn)化為蒙皂石[26]。

為了判斷OKT12孔黏土礦物來源，選擇伊利石+高嶺石、蒙皂石和綠泥石三種礦物組合進(jìn)行三角圖投點(diǎn)，與物源端元進(jìn)行對(duì)比分析。物源端元包括長(zhǎng)江、黃河、東海陸架、臺(tái)灣東、西部河流以及浙江、福建的錢塘江、甌江、臺(tái)灣蘭陽溪等河流，物源端元的黏土礦物組合特征有明顯不同(表2)：長(zhǎng)江端元黏土礦物組成的特點(diǎn)是伊利石+高嶺石含量較高約為80%，蒙皂石含量中等[15,27-29]；黃河物質(zhì)則以相對(duì)高的蒙皂石含量為特征，最高可達(dá)20%以上[15,27-29]；東海陸架與前兩者接近，伊利石+高嶺石含量近乎介于長(zhǎng)江和黃河之間，蒙皂石含量與長(zhǎng)江相當(dāng)[30-32]；臺(tái)灣來源的黏土組成與大陸具有明顯的區(qū)別，其蒙皂石的含量極低，基本為0%，綠泥石和伊利石+高嶺石含量變化較大，整體上臺(tái)灣西部的伊利石+高嶺石含量更高，而東部的綠泥石含量相對(duì)更高[31-36]。在臺(tái)灣廣泛分布硬頁巖、板巖、千枚巖以及基性火山巖變質(zhì)巖系、新近紀(jì)淺海相碎屑沉積巖、第四紀(jì)河流相碎屑沉積物，這些巖石風(fēng)化形成的黏土和河流沉積物中的黏土以伊利石和綠泥石為主[37]。

圖3顯示，16～10 ka階段的伊利石、高嶺石以及蒙皂石含量相對(duì)較高，更接近與長(zhǎng)江和東海內(nèi)陸架的黏土礦物組成，而10 ka以來，綠泥石含量相對(duì)增加，綠泥石/高嶺石比值也增加，表明綠泥石指示的臺(tái)灣來源物質(zhì)增加。雖然圖3中錢塘江和甌江的黏土組成與東海陸架和OKT12巖芯的樣品十分接近，但是二者的沉積物供應(yīng)量較少，無法與長(zhǎng)江或是臺(tái)灣來源相比，因此，錢塘江和甌江不作為沖繩海槽主要的陸源物質(zhì)來源。巖芯中蒙皂石的含量在全新世并沒有與臺(tái)灣端員完全一致，一方面，來自長(zhǎng)江、東海陸架的陸源輸入并沒有完全阻斷，可帶來一定量的蒙皂石；另一方面，少量的火山物質(zhì)的混入可導(dǎo)致蒙皂石含量升高， 7 ka 的蒙皂石峰值體現(xiàn)了火山物質(zhì)的影響[14,38]。

表2 黏土礦物物源端員含量組成

圖3 黏土礦物組成三角圖判別物源Fig.3 Clay mineral ternary plot provenance analysis

本文采用黏土礦物的物源判別結(jié)果與前人研究一致，沖繩海槽中部的 KX12-3孔[23]、OKI04孔[22]、OKI02孔[39]在進(jìn)入全新世后都出現(xiàn)綠泥石含量增加的現(xiàn)象。來自臺(tái)灣的陸源輸入不僅在黏土礦物中有所反映，通過其他的指標(biāo)也可以進(jìn)行判別。Sr-Nd同位素對(duì)于陸源物質(zhì)的來源具有良好的指示作用，沖繩海槽中部的DGKS9604孔的87Sr/86Sr和εNd在7～14 ka發(fā)生變化，87Sr/86Sr從0.715 0左右降低到0.711 0，而εNd從-11.6左右增大到-10.8左右，低87Sr/86Sr比值和高εNd指示臺(tái)灣物質(zhì)的加入[40]，類似的Sr-Nd同位素變化在沖繩海槽北部的PC-1孔也可見[41]。Diekmannetal.[13]發(fā)現(xiàn)的K/Ti比值與黏土組成變化一致，臺(tái)灣頁巖、板巖富含K，長(zhǎng)江沉積物富含相對(duì)Ti，在11.2 ka左右K/Ti比值增大，指示臺(tái)灣來源物質(zhì)增多。沖繩海槽西南部沉積速率高達(dá)5 m/ka，發(fā)育快速沉積事件，高沉積速率是由于降雨增多導(dǎo)致臺(tái)灣東北部蘭陽溪攜帶大量物質(zhì)向沖繩海槽搬運(yùn)[42]。

觀測(cè)資料也證實(shí)現(xiàn)代臺(tái)灣物質(zhì)的輸入影響，Hsuetal.[43]通過沉積物捕獲器觀測(cè)臺(tái)灣東北陸架向深海輸運(yùn)的沉積物通量，發(fā)現(xiàn)其與蘭陽溪的徑流量正相關(guān)，并且受到臺(tái)風(fēng)影響作用下的輸運(yùn)占到長(zhǎng)期輸運(yùn)通量的50%以上，地震可以引發(fā)巨量沉積物輸運(yùn)，臺(tái)灣的沉積物入海通量可達(dá)380 Mt/yr[6]。

沖繩海槽沉積物物源演化體現(xiàn)了海平面變化、黑潮、源區(qū)風(fēng)化、河流輸入、東亞季風(fēng)等因素的綜合影響，海平面升降會(huì)影響海岸線、河口的位置，黑潮強(qiáng)度控制著臺(tái)灣來源物質(zhì)的輸入，季風(fēng)降雨影響河流的徑流量，這些因素的共同作用下導(dǎo)致前述10 ka時(shí)期的物源變化。

在16～10 ka階段海平面波動(dòng)上升，低海平面時(shí)古長(zhǎng)江和黃河河口與沖繩海槽之間的距離更近，其攜帶的沉積物可以更多的搬運(yùn)到?jīng)_繩海槽，這應(yīng)該是此階段物源更接近長(zhǎng)江的原因[8]。在海平面上升的過程中，陸架的潮流作用比現(xiàn)今強(qiáng)烈[44]，陸架物質(zhì)受到再侵蝕后也可能向沖繩海槽搬運(yùn)[23-24]。長(zhǎng)江和陸架物質(zhì)的輸入在冰消期使沖繩海槽中部的沉積速率達(dá)到40～50 cm/ka，相對(duì)全新世更高，但是在海平面上升過程中，沉積速率逐漸減小，陸源輸入減少(圖4)。

黑潮作為經(jīng)過沖繩海槽最主要的流系，其強(qiáng)弱顯著影響著臺(tái)灣物質(zhì)的搬運(yùn)。雖然末次冰盛期黑潮是否移出沖繩海槽存在爭(zhēng)議[25,45,49-50]，盛冰期時(shí)黑潮強(qiáng)度減弱無疑。有孔蟲黑潮指示種Pulleniatinaobliquiloculata的含量在10 ka以前相對(duì)較低、有孔蟲δ18O偏重[51]，UK37重建的海水表層溫度(SST)雖然呈上升趨勢(shì)但還是處于相對(duì)低值[45](圖4)，代表黑潮搬運(yùn)動(dòng)力強(qiáng)弱的粉砂粒級(jí)(Sortable Silt)含量相對(duì)較低[13]，受到夏季風(fēng)的變化控制[52]，此階段黑潮的強(qiáng)度較弱。因而全新世之前OKT12孔綠泥石/伊利石比值相對(duì)較低，表明此階段黑潮搬運(yùn)的臺(tái)灣物質(zhì)相對(duì)較少，冰消期時(shí)臺(tái)灣物質(zhì)的貢獻(xiàn)大概在20%左右[24]。

10 ka以來研究區(qū)物源發(fā)生明顯變化，綠泥石/高嶺石比值、SST、臺(tái)灣源的含量都迅速增大(圖4)。隨著海平面的不斷上升，10 ka以來巖芯沉積速率降低到18.1～22.3 cm/ka，表明源區(qū)與沖繩海槽的距離增大。沖繩海槽中部DGKS9604孔也顯示全新世臺(tái)灣來源的黏土礦物顯著增加，其含量最高可達(dá)60%，體現(xiàn)了黑潮對(duì)于沉積物的搬運(yùn)能力[24]。全新世黑潮的變化與東亞季風(fēng)密切相關(guān)，從全新世早期開始，在歲差變化影響下，北半球夏季輻射量達(dá)到最大，熱帶輻合帶(ITCZ)北移，東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)導(dǎo)致黑潮增強(qiáng)[25]。Jianetal.[49]認(rèn)為黑潮重新進(jìn)入沖繩海槽的時(shí)間在7.3 ka，Xuetal.[53]認(rèn)為自10.5～8.5 ka起沖繩海槽的水團(tuán)就已經(jīng)成為黑潮影響下的高溫高鹽性質(zhì)。夏季風(fēng)控制下重新進(jìn)入沖繩海槽/加強(qiáng)的黑潮一方面，成為搬運(yùn)臺(tái)灣物質(zhì)的主要?jiǎng)恿?，另一方面，又成為阻擋現(xiàn)代長(zhǎng)江物質(zhì)直接輸入沖繩海槽的水障[25,39]，陸坡區(qū)出現(xiàn)一不同于陸架和海槽的懸浮體低值區(qū)，表明夏季來自長(zhǎng)江和東海陸架的中底層懸浮體無法向深海繼續(xù)搬運(yùn)[4-5]。

圖4 16 ka以來物源變化及其環(huán)境影響因素指標(biāo)物源指標(biāo)A、B為沉積速率、綠泥石/高嶺石比值；環(huán)境指標(biāo)C～F包括沖繩海槽中部DGKS9604孔黏土組成恢復(fù)的臺(tái)灣源物質(zhì)含量[24]、海平面變化曲線[46-47]和東亞冬夏季風(fēng)相對(duì)強(qiáng)弱變化[48]Fig.4 Sediment provenance and its related environmental change indicesSediment provenance indices: A.linear sedimentation rate; B.chlorite/kaolinite ratio. Environmental indices: based SST of DGKS9604 from middle Okinawa Trough[45]; D.content of Taiwan source inferred from clay minerals[24]; E.sea level change[46-47]; F.relative strength of East Asia Winter/Summer Monsoon[48]

全新世早期OKT12孔全新世黏土礦物組成的顯著變化，反映了主要物源區(qū)由長(zhǎng)江、東海陸架向臺(tái)灣物質(zhì)的轉(zhuǎn)變，是海平面變化、黑潮變動(dòng)的綜合體現(xiàn)。

3.2 全新世源區(qū)侵蝕變化的響應(yīng)

前述討論表明，10 ka以來沖繩海槽中南部沉積物以臺(tái)灣物質(zhì)為主。然而，全新世OKT12孔黏土礦物組成并不是完全不變的，10 ka以來黏土礦物含量還有次級(jí)的波動(dòng)。高嶺石/(伊利石+綠泥石)和綠泥石/(伊利石+蒙皂石)比值在4 ka以來增加，綠泥石—(伊利石+蒙皂石)—高嶺石三端元判別圖顯示4 ka以來樣品的綠泥石含量相對(duì)增加(圖 5)。10～4 ka階段時(shí)黏土礦物組成更接近臺(tái)灣東北部的雙溪、蘭陽溪和西南部的曾文溪，而4 ka以來階段黏土礦物組成更接近西部的濁水溪、烏溪和淡水溪。黏土礦物組成雖然在一定程度上指示物源，但還需考慮到河流輸沙量(表3)、搬運(yùn)機(jī)制、搬運(yùn)距離等因素。臺(tái)灣西部河流如濁水溪、高屏溪具有較高的輸沙量[54]，研究顯示10 ka以來濁水溪帶來的沉積物大多沉積在臺(tái)灣海峽內(nèi)形成斜坡沉積體(Clinoform)以及沉積在從河口向北延伸的海岸帶平原[55]。臺(tái)灣暖流可以攜帶西部河流沉積物向北輸運(yùn)至東海及沖繩海槽南部[56]，但輸運(yùn)量還有待進(jìn)一步研究。臺(tái)灣西部河流對(duì)沖繩海槽黏土礦物的貢獻(xiàn)可能有限，并且全新世晚期的沉積通量相對(duì)早期有所減少[55]，不作為主要物源進(jìn)行討論。臺(tái)灣東部河流不僅具有高的輸沙量而且輸入的沉積物可以直接被黑潮搬運(yùn)，4 ka以來臺(tái)灣東部河流貢獻(xiàn)量可能更大，如具有更高綠泥石含量的臺(tái)灣東南部花蓮溪、秀姑巒溪。因此，10 ka以來OKT12孔黏土礦物物源可能是由全新世早中期臺(tái)灣東北部河流為主轉(zhuǎn)變到全新世晚期的臺(tái)灣東南部河流來源為主。10 ka以來OKT12孔黏土礦物組成的變化反映了臺(tái)灣不同流域河流在不同時(shí)期對(duì)沖繩海槽沉積物的貢獻(xiàn)程度不同，導(dǎo)致黏土礦物組成發(fā)生改變。源區(qū)風(fēng)化侵蝕的差異可能是導(dǎo)致上述物源變化的原因。南海黏土礦物研究顯示湄公河源區(qū)變化是由源區(qū)風(fēng)化侵蝕程度變化造成的，蒙皂石/(高嶺石+綠泥石)和高嶺石/(伊利石+綠泥石)比值以及伊利石化學(xué)指數(shù)指示全新世沉積物經(jīng)歷了更強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化，夏季降雨增加導(dǎo)致湄公河下游相對(duì)上游侵蝕更強(qiáng)[57]。同樣受到季風(fēng)以及人類活動(dòng)影響，長(zhǎng)江攜帶入海的沉積物來源自末次冰期以來也發(fā)生變化，εNd和Sc/Th比值揭示在末次冰消期晚期以及全新世早期長(zhǎng)江侵蝕的主要區(qū)域由原來的上游變?yōu)橹邢掠?，而在全新世晚期又回到以上游流域侵蝕為主[58]。這些研究表明流域侵蝕風(fēng)化差異會(huì)在沉積物的礦物、化學(xué)組成上有所記錄，那么OKT12孔4 ka時(shí)黏土礦物的變化也可能是全新世以來臺(tái)灣季風(fēng)降雨導(dǎo)致的差異風(fēng)化侵蝕所致。

圖5 10～0 ka黏土礦物組成三角圖Fig.5 Clay mineral ternary plot for samples of 10-0 ka

河流長(zhǎng)度/km流域面積/km2徑流量/(km3/a)輸沙量/(Mt/a)黃河5 46475.2×104431 089長(zhǎng)江6 300181×104928500錢塘江6054.99×104396.7甌江3381.78×104152.7蘭陽溪73.069792.7737.98雙溪26.81132—1.15花蓮溪57.281 5073.80920.61秀姑巒溪81.151794.17919.97淡水河158.872 7267.04411.45頭前溪63.035660.9892.56大安河95.767581.5734.97大甲溪140.211 2352.5964.03烏溪116.752 0263.7276.79濁水溪186.43 1556.09563.87曾文溪138.471 1772.36131高屏溪170.93 2568.45535.61

注：數(shù)據(jù)來源文獻(xiàn)[29,54]。

臺(tái)灣構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)活躍，發(fā)育山溪性河流，氣候溫暖降雨充沛，季風(fēng)降雨導(dǎo)致強(qiáng)烈的物理剝蝕和沉積物的快速搬運(yùn)，化學(xué)風(fēng)化受到極大的限制[59]。OKT12孔黏土礦物中以風(fēng)化程度較低的伊利石、綠泥石為主指示沉積物的成熟度較低，在源區(qū)或流域盆地的居留時(shí)間短，向海輸運(yùn)速度快，沉積物經(jīng)歷的化學(xué)風(fēng)化較弱，以物理侵蝕為主[60-62]。研究發(fā)現(xiàn)，頻繁的地震活動(dòng)和臺(tái)風(fēng)引起的洪水是導(dǎo)致臺(tái)灣強(qiáng)烈侵蝕的主要原因[6]。

OKT12孔綠泥石/(伊利石+蒙皂石)和高嶺石/(伊利石+綠泥石)比值在4 ka發(fā)生變化是由于差異侵蝕造成的物源變化，造成侵蝕差異的降雨強(qiáng)度可能是受到ITCZ和ENSO變化影響。ITCZ的移動(dòng)在大尺度下控制熱量分布、水汽循環(huán)，影響千百年尺度的東亞季風(fēng)和高頻的ENSO變化[63-64]。ITCZ影響下董哥洞石筍δ18O、Cariaco盆地的Ti含量以及西太平洋暖池區(qū)MD81孔SST變化與OKT12孔綠泥石/(伊利石+蒙皂石)和高嶺石/(伊利石+綠泥石)比值具有可對(duì)比性(圖6)。董哥洞石筍δ18O在3.5 ka時(shí)正偏1.1‰指示全新世晚期受ITCZ南移影響東亞夏季風(fēng)減弱[64]。Cariaco盆地記錄的Ti含量變化反映顯示自5.4 ka以來降雨強(qiáng)度減弱氣候趨于干旱，且呈ENSO活動(dòng)增強(qiáng)導(dǎo)致的高頻變化[66]。西太平洋暖池區(qū)MD81孔Mg/Ca比值恢復(fù)的SST在4～2 ka顯著波動(dòng)降低，也指示強(qiáng)El Nino事件[65]。南美湖泊沉積記錄顯示5 ka以來ENSO的頻率明顯增加[68]，ITCZ的南移導(dǎo)致了ENSO活動(dòng)增強(qiáng)[65]。在西北太平洋強(qiáng)烈的ENSO活動(dòng)導(dǎo)致超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊臺(tái)灣的頻率升高，產(chǎn)生強(qiáng)降雨[69]。這些沉積記錄表明ITCZ在全新世晚期南移，繼而導(dǎo)致ENSO活動(dòng)增強(qiáng)，強(qiáng)烈的臺(tái)風(fēng)帶來極端降雨導(dǎo)致了臺(tái)灣的差異侵蝕。

圖6 7 ka以來源區(qū)變化和環(huán)境變化對(duì)比A.高嶺石/(伊利石+綠泥石)；B.綠泥石/(伊利石+蒙皂石)；C.西太平洋MD81的Mg/Ca比恢復(fù)的SST [65] ；D.董哥洞δ18O曲線[64] ；E.Cariaco盆地Ti含量[66] ；F.臺(tái)灣Retreat Lake含水率[67]Fig.6 Comparison of sediment provenance and paleoenvironmental changes since 7 ka A. Kaolinite /(illite+chlorite) ratio; B. chlorite /(illite+smectite) ratio; C.Mg/Ca-based SST from western Pacific core MD81[65]; D.δ18O curve from Dongge cave[64]; E.Ti content of Cariaco Basin[66]; F.water content of Retreat Lake Taiwan[67]

此外，臺(tái)灣湖泊沉積記錄的源區(qū)氣候變化具有區(qū)域性差異，氣候干濕分布不均也可能是造成臺(tái)灣的差異侵蝕的原因。臺(tái)灣東北部Retreat Lake湖泊沉積記錄顯示在4.5～2.1 ka存在沉積間斷，沉積物含水率(圖6F)、TOC含量自5 ka顯著降低，指示降雨減少，相對(duì)干旱[66]。然而臺(tái)灣南部的Tung-Yuan Pond沉積物的陸生植物有機(jī)質(zhì)含量重建的降雨強(qiáng)度指數(shù)記錄全新世存在若干降雨強(qiáng)盛期，除了7.7～5 ka全新世最適宜期外，全新世早期10.6和8.6 ka、晚期4.2～2 ka都是氣候相對(duì)濕潤(rùn)的時(shí)期[70]。

綜上，全新世晚期黏土礦物含量變化指示，ITCZ的南移，ENSO活動(dòng)增強(qiáng)，強(qiáng)降雨導(dǎo)致不同區(qū)域的侵蝕速率不同，臺(tái)灣東部南北不同流域河流輸運(yùn)沉積物的貢獻(xiàn)量不同，使得4 ka以來沖繩海槽記錄的黏土礦物組成發(fā)生變化。

4 結(jié)論

(1) 16 ka以來沖繩海槽中部OKT12巖芯黏土礦物含量發(fā)生明顯變化，自10 ka以來蒙皂石、高嶺石含量降低，伊利石、綠泥石含量升高，伊利石/蒙皂石、綠泥石/高嶺石比值也升高。

(2) 沖繩海槽中部黏土礦物的物源在10 ka發(fā)生重大變化，由之前的長(zhǎng)江、東海陸架，轉(zhuǎn)變?yōu)橹蟮呐_(tái)灣源，對(duì)體現(xiàn)了對(duì)海平面上升、東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)、黑潮變動(dòng)的響應(yīng)。

(3) 4 ka時(shí)黏土礦物組成的變化可能指示物源從全新世早中期臺(tái)灣東北部河流變?yōu)槿率劳砥诘呐_(tái)灣東南部河流。受ITCZ的南移、ENSO活動(dòng)增強(qiáng)影響，臺(tái)風(fēng)引起的強(qiáng)降雨分布不均導(dǎo)致臺(tái)灣島的差異侵蝕是造成源區(qū)變化的原因。