丁怡，高偉，劉明,3，陳竟博，王飛宇，車新穎，范德江,3

1.中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，青島 266100

2.國家深海基地管理中心，青島 266237

3.中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266100

西菲律賓海盆地處西太平洋邊緣地帶、西太平洋暖池北部，是黑潮流系的發(fā)源地，又受到東亞季風(fēng)影響，其沉積記錄保存著區(qū)域乃至全球環(huán)境變化的歷史信息，對全球氣候變化的研究具有重要意義[1-3]。東亞季風(fēng)在現(xiàn)代氣候系統(tǒng)中起著非常重要的作用，其變化控制著亞洲東部各地風(fēng)力、降水、河流徑流量的季節(jié)性差異以及陸地植被覆蓋等氣候環(huán)境變化[4-5]。西菲律賓海盆四周被大量海嶺及海溝環(huán)繞，阻擋了河流搬運(yùn)陸源物質(zhì)的輸入，是亞洲風(fēng)塵重要的“匯”。因此，該區(qū)域被認(rèn)為是研究風(fēng)塵記錄及其所蘊(yùn)含古氣候意義的理想靶區(qū)，開展沉積物中風(fēng)塵組分演化特征的研究對于理解東亞季風(fēng)演化過程具有重要意義。海盆內(nèi)沉積物主要為黃色、褐色或紅褐色深海黏土，并含有少量火山或巖漿巖碎屑物質(zhì)，同時還存在一定比例的生物殘?jiān)?，而鈣質(zhì)組分較少[6]。前人通過粒度[7-8]、黏土礦物[9-12]、地球化學(xué)[13-17]等指標(biāo)對西菲律賓海盆沉積物的來源進(jìn)行了大量研究，查明該海區(qū)沉積物主要受到周邊島弧火山物質(zhì)和遠(yuǎn)端亞洲大陸風(fēng)塵輸入的控制，并明確了第四紀(jì)風(fēng)塵物質(zhì)對菲律賓海的輸入，而東亞冬季風(fēng)在這些風(fēng)塵物質(zhì)向西北太平洋輸運(yùn)過程中扮演了重要角色[1-3,11,14-15]。

由于西菲律賓海盆水深較大，沉積速率較低，以往的研究多以百萬年尺度為主，而高分辨率沉積記錄的研究較為缺乏[1,3,7,11,18-19]。同時，針對西菲律賓海盆沉積物的研究主要集中在菲律賓海溝附近臨近呂宋島的區(qū)域[12]，而對西菲律賓海盆中部的研究多以表層沉積物的組成和物質(zhì)來源為主[6,9,20]，對于歷史時期沉積記錄演化的研究仍較為薄弱。為此，本文通過對西菲律賓海盆中部的兩根柱狀沉積物（MC09、MC13）的研究，在AMS14C 年代學(xué)分析的基礎(chǔ)上，建立了高分辨率的沉積物粒度和常量元素沉積記錄，提取了反映亞洲風(fēng)塵輸入的替代性指標(biāo)，進(jìn)而揭示了近50 kaBP 以來西菲律賓海盆沉積記錄對東亞季風(fēng)演化的響應(yīng)。這一研究對深入認(rèn)識西菲律賓海盆沉積物的沉積過程、理解古環(huán)境和古氣候變化對邊緣海沉積作用的影響具有重要科學(xué)價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況和樣品采集

西菲律賓海盆的范圍為0°～31°N、120°～137°E[21]，是全球物質(zhì)和能量交換的重要場所[22-25]。研究所用沉積物樣品是由“深海一號”科學(xué)考察船在執(zhí)行中國大洋第66 航次任務(wù)過程中利用可視多管取樣器獲取的，樣品沉積連續(xù)，未見明顯的沉積間斷和濁流沉積層。西菲律賓海盆位置和洋流及取樣站位點(diǎn)見圖1。

圖1 西菲律賓海盆位置、洋流[26]及取樣站位Fig.1 Location of the West Philippine Basin and sampling stations

MC09 柱狀沉積物取自西菲律賓海盆中部，靠近中央海嶺，水深5 837 m，柱長40 cm，主要由黃褐、黃綠色粉砂質(zhì)黏土和泥組成，部分層位見棕褐色團(tuán)塊。MC13 柱狀沉積物取自西菲律賓海盆西北部，靠近琉球海溝和沖大東海嶺，水深4 628 m，長31 cm，主要由黃褐色砂質(zhì)粉砂組成。由于取樣水深較大，均處于太平洋碳酸鹽補(bǔ)償深度（4 000～4 600 m）以下[21]，因而沉積物中未見鈣質(zhì)生物殼體。

1.2 樣品處理和測試

柱狀沉積物樣品獲取后置于-20℃冷凍庫中保存，直至進(jìn)行分樣。柱狀沉積物的分樣工作在中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院完成。分樣時根據(jù)不同測試的需求，同時兼顧沉積層的垂向變化，以0.25 cm 或1 cm 為間隔取樣。

由于沉積物中沒有提取到足量的鈣質(zhì)生物殼體，無法使用常規(guī)的碳氧同位素來確定年代，因此本文挑選特定層位進(jìn)行全樣有機(jī)質(zhì)的AMS14C 年代測試。測試所用儀器為美國國家靜電公司NEC（National Electrostatics Corporation）生產(chǎn)的0.5MV 串列加速器質(zhì)譜儀，所用Modern 化合物標(biāo)準(zhǔn)為國際上通用的oxalic acid, OXII（SRM 4990C），并通過二級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)14C 進(jìn)行空白校正，每個樣品的測試次數(shù)至少為6 次。數(shù)據(jù)處理采用NEC 公司的“abc”數(shù)據(jù)處理軟件和美國勞倫斯利弗莫爾（Lowrance Livermore）國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的“Fudger”數(shù)據(jù)處理軟件。所有樣品的數(shù)據(jù)原始結(jié)果為國際通用的Fraction Modern （FM）。最終根據(jù)測定的FM(F14C)計(jì)算得到14C 含量、Δ14C (‰)和14C 年齡（year before present, yrBP），同時計(jì)算出誤差值(σ值)。樣品前期處理、制靶及測試工作在嶗山實(shí)驗(yàn)室完成。

粒度分析以0.25 cm 為間隔進(jìn)行分樣，每個待測樣品先加入雙氧水去除有機(jī)質(zhì)，再加入1 mol/L的鹽酸溶液去除生源碳酸鹽組分。為避免硅質(zhì)生物碎屑可能對測試結(jié)果造成的影響，盡可能地提取沉積物中的陸源組分信息，在常規(guī)粒度前處理基礎(chǔ)上再加入2 mol/L 的碳酸鈉溶液并于85℃下恒溫水浴5 h，去除沉積物中的生物硅。上機(jī)測試前，加入六偏磷酸鈉溶液并于超聲波振蕩儀內(nèi)完全分散。粒度的測試分析在中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用的儀器是Mastersizer 2000 型 激 光 粒 度 儀（英 國Malvern 公 司生產(chǎn)），儀器測試范圍為0.02～2 000 μm，重復(fù)測量相對誤差小于3%。

常量元素采用1 cm 間隔分樣，將沉積物樣品（全樣）以106℃烘干約48 h 至樣品完全干燥后研磨至小于200 目，稱取4.0 g 樣品，放置于標(biāo)準(zhǔn)的樣品杯（直徑32 mm）中壓制成片，之后上機(jī)進(jìn)行測試。分析測試工作在中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，測試儀器為臺式偏振X 射 線 熒 光 光 譜 儀（ 德 國SPECTRO 公 司，SPECTRO XEPOS 型）。測試過程中采用國家海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07315 和平行樣做質(zhì)量監(jiān)控，測試誤差和標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%。

2 結(jié)果

2.1 測年結(jié)果及年代框架

由于海洋沉積物有機(jī)質(zhì)來源復(fù)雜，外源有機(jī)質(zhì)的輸入會導(dǎo)致沉積物全樣有機(jī)質(zhì)AMS14C 年代學(xué)測定的結(jié)果與實(shí)際存在差異[27]。西菲律賓海盆四周環(huán)繞的海溝、海脊有效阻擋了陸源有機(jī)質(zhì)的輸入[28]，沉積物中的有機(jī)質(zhì)多以原生為主，一定程度上減小了外源輸入的影響[24]。經(jīng)計(jì)算得出，2 根柱狀沉積物的平均沉積速率分別為0.86 和0.99 cm/ka，與開闊大洋[29]及本研究區(qū)的沉積速率相近[11,30-31]，因此可以證明測年結(jié)果的可信度。在此基礎(chǔ)上，利用線性內(nèi)插法和外推法分別構(gòu)建出柱狀沉積物的年代學(xué)框架，獲得了記錄近50 kaBP 以來西菲律賓海盆的沉積年代序列（圖2）。

圖2 基于線性內(nèi)插法和外推法得出的柱狀沉積物年代框架Fig.2 Chronological framework based on linear interpolation and extrapolation methods

2.2 沉積物粒度特征

MC09、MC13 柱狀沉積物的平均粒徑、分選系數(shù)、偏度和峰度等4 項(xiàng)粒度參數(shù)的垂向變化如圖3所示。整體來看，2 根柱狀沉積物均以粉砂為主，各項(xiàng)粒度參數(shù)呈階段性波動變化。MC09 柱狀沉積物中粉砂組分平均含量可達(dá)55.1%，黏土組分次之，砂含量最低，平均僅為7.2%；平均粒徑整體波動較大，為3.15～26.82 μm，平均值為7.57 μm；分選較差，分選系數(shù)的平均值為1.83；偏態(tài)呈階段性變化，變化范圍為-1.93～1.76，平均值為-0.75；峰態(tài)的平均值為2.31，表明粒度頻率分布曲線窄而高。MC13柱狀沉積物中粉砂的含量最高，平均為59.3%；砂和黏土次之，平均含量均在20%左右；平均粒徑的波動較大，平均值為17.02 μm；分選系數(shù)的平均值為2.07，分選差；偏態(tài)的變化范圍為1.17～1.86，平均值為1.54，為正偏態(tài)；峰態(tài)很窄，垂向分布穩(wěn)定。

圖3 柱狀沉積物巖性變化和粒度參數(shù)變化曲線Fig.3 The variation of grain-size composition and parameters of the columnar samples

2.3 常量元素

對2 根柱狀沉積物的10 種常量元素分布特征進(jìn)行研究（圖4）。MC09 柱狀沉積物中，SiO2含量最高，平均含量為19.93%；其次為Al2O3和Fe2O3，平均含量分別為7.96%和5.19%；CaO、MnO、TiO2和P2O5的含量相對較低，均＜1%，其中P2O5的平均含量最低，為0.11%。從垂向變化來看，Al2O3、Fe2O3、TiO2和K2O 的含量基本呈現(xiàn)出同步變化，而SiO2、MgO、P2O5和Na2O 的含量變化趨勢與之相反，CaO 含量基本保持穩(wěn)定，MnO 含量的變化趨勢與其他元素存在一定差異。

圖4 柱狀沉積物常量元素垂向變化圖圖中元素含量單位為%。Fig.4 Depth profiles of major elements of the columnar samples The unit for the elements is %.

MC13 柱狀沉積物中，SiO2含量最高，平均為19.26%；其次為Al2O3和Fe2O3，平均含量分別為7.05%和3.27%；MnO、P2O5和TiO2的含量極低，均＜0.5%，其中P2O5的含量最低，平均僅為0.08%。從垂向變化來看，SiO2、Al2O3、MgO 和K2O 的含量基本呈現(xiàn)出同步變化，Na2O 的含量變化趨勢與之相反，同時Fe2O3、P2O5、TiO2和MnO 的含量基本呈現(xiàn)出同步變化，CaO 含量基本保持穩(wěn)定。

3 討論

3.1 沉積物陸源風(fēng)塵組分敏感粒級的提取

沉積物粒度分布展示出顯著的多峰態(tài)，可能表示有多種不同來源物質(zhì)的混合，也可能表示同一物源但受到不同動力條件的作用，其敏感的粒級組分及特征可用于有效反映不同影響因素的作用，成為古環(huán)境研究的重要手段[32]。前人采用Weibull 擬合函數(shù)、端元粒度模型和粒徑-標(biāo)準(zhǔn)偏差法等方法對沉積物粒度的敏感粒級進(jìn)行了提取，識別出了河流輸入、風(fēng)塵、濁流及火山物質(zhì)的敏感粒級，開展了沉積物來源和沉積環(huán)境演變的研究[33-35]。其中粒級-標(biāo)準(zhǔn)偏差法使用最為廣泛，且易于獲取更全面的信息，因此本文采用該方法分別對2 根柱狀沉積物的陸源風(fēng)塵碎屑的敏感粒級組分進(jìn)行了提取。

本文對共計(jì)284 個沉積物粒度數(shù)據(jù)（其中MC09 160 個、MC13 124 個）進(jìn)行分析后得出標(biāo)準(zhǔn)偏差隨粒級組分變化的規(guī)律，曲線呈現(xiàn)出典型的“多峰分布”，表明沉積物粒度受到了多種因素的影響（圖5）。對于MC09 柱狀沉積物來說，4 個明顯的標(biāo)準(zhǔn)偏差峰值分別對應(yīng)的粒級為0.90、3.61、48.98、550.60 μm，據(jù)此將MC09 劃分為超細(xì)粒組分（＜1.51 μm）、細(xì)粒組分（1.51～12.21 μm）、粗粒組分（12.21～230.41 μm）和超粗粒組分（＞230.41 μm）。MC13 柱狀沉積物中存在4 個明顯的標(biāo)準(zhǔn)偏差峰值，對應(yīng)粒級為0.90、3.61、34.28、115.48 μm。根據(jù)以上特征點(diǎn)，將MC13劃分為4 部分，分別為超細(xì)粒組分（＜1.27 μm）、細(xì)粒組分（1.27～12.21 μm）、粗粒組分（12.21～41.13 μm）和超粗粒組分（＞41.13 μm）。

圖5 柱狀沉積物粒徑-標(biāo)準(zhǔn)偏差曲線Fig.5 Curves of standard deviation vs the grain size of the columnar samples

一般認(rèn)為，深海沉積物中的粗粒組分和超粗粒組分是近源形成的產(chǎn)物，而西菲律賓海盆是一個封閉的沉積環(huán)境，缺乏大規(guī)模的洋流活動，遠(yuǎn)離大陸和河口[28]。利用粒級-標(biāo)準(zhǔn)偏差法分離出的粗粒級組分均為＞30 μm，與研究區(qū)附近海域分布的代表噴發(fā)性火山物質(zhì)的組分（眾數(shù)約40 μm）相似[8]。因此，本文認(rèn)為西菲律賓海盆沉積物中的粗粒組分和超粗粒組分主要為附近海脊和島弧的火山物質(zhì)。

以往大量研究表明，適合由風(fēng)進(jìn)行長距離輸運(yùn)的物質(zhì)顆粒粒徑一般小于16 μm，眾數(shù)粒徑為2～4 μm[36]。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，本文提取到的2 個細(xì)粒組分與之粒度分布特征相似，均表現(xiàn)為粒度較細(xì)、變化范圍較窄等特征。因此，本文認(rèn)為西菲律賓海盆沉積物中的細(xì)粒組分主要是來自亞洲大陸的風(fēng)塵物質(zhì)。

海洋沉積物中的超細(xì)粒組分通常有2 種成因：一是來自中國黃土高原的黃土和古土壤粘附在較粗的風(fēng)塵顆粒表面被搬運(yùn)到沉積區(qū)[37-39]，二是熱液成因或安山質(zhì)碎屑的海洋自生黏土[40-42]。在MC09柱狀沉積物中，超細(xì)粒組分（＜1.51 μm）含量變化與代表火山物質(zhì)的粗粒組分（12.21～230.41 μm）存在一定的負(fù)相關(guān)性（R2=0.711）（圖6），因此認(rèn)為超細(xì)粒組分為海洋自生黏土[8]。而在MC13 柱狀沉積物中，超細(xì)粒組分（＜1.27 μm）含量變化與代表亞洲風(fēng)塵的細(xì)粒組分（1.27～12.21 μm）之間存在強(qiáng)正相關(guān)性（R2=0.966）（圖6），因此認(rèn)為超細(xì)粒組分為中國黃土和古土壤中的超細(xì)組分。

3.2 沉積物陸源風(fēng)塵組分因子的提取

沉積物的元素地球化學(xué)特征是研究沉積物物質(zhì)組成的重要指標(biāo)之一，不同的元素及其組合特征反映了不同的沉積環(huán)境條件和變遷，是氣候地質(zhì)事件內(nèi)在成因和環(huán)境信息的綜合體現(xiàn)和良好標(biāo)志。本文應(yīng)用SPSS 26 軟件對2 根柱狀沉積物共計(jì)71 個樣品的常量元素含量進(jìn)行了R 型因子分析，根據(jù)特征值大于1 的原則，經(jīng)方差極大正交旋轉(zhuǎn)后，2 根柱狀沉積物均獲得3 個主因子，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率分別為90.36%和87.86%，表明此次因子分析的效果比較理想（表1）。

表1 柱狀沉積物常量元素R 型因子分析結(jié)果Table 1 Results of R-mode factor analysis for major and trace elements of the columnar samples

MC09 柱狀沉積物的R 型因子分析結(jié)果顯示，F(xiàn)1 主因子的方差貢獻(xiàn)為43.66%，對沉積物的影響占主導(dǎo)地位，元素組合為正載荷的K2O、Al2O3、CaO、Fe2O3和TiO2，負(fù)載荷的Na2O 和P2O5。Al2O3與TiO2通常被認(rèn)為是陸源物質(zhì)的代表[20,43-44]，K2O 則與沉積物中的黏土礦物（如伊利石）有關(guān)[20,45]，前人研究也證明了該區(qū)域的伊利石主要來自于亞洲風(fēng)塵[1,13]，負(fù)載荷的元素組合常為火山物質(zhì)指征，說明該因子主要代表的是陸源風(fēng)塵的影響。F2 主因子的方差貢獻(xiàn)為26.52%，元素組合為正載荷的MnO、TiO2和Fe2O3。一般認(rèn)為，沉積物中MnO 含量變化主要受熱液作用[46]和海底沉積物早期成巖作用的影響[47]，在研究區(qū)附近的沉積物中發(fā)現(xiàn)了一定量的鐵錳結(jié)核，因此認(rèn)為該因子主要代表了海洋自生物質(zhì)。F3 主因子的方差貢獻(xiàn)為20.18%，元素組合為正載荷的MgO 和SiO2。MgO 常賦存于火山碎屑物質(zhì)（如玄武巖）中[48-49]，而SiO2在黏土類礦物和碎屑礦物中都有賦存，結(jié)合二者在F1 端元（代表陸源風(fēng)塵）中較低的含量，認(rèn)為該因子主要代表了附近火山碎屑物質(zhì)。

MC13 柱狀沉積物的R 型因子分析結(jié)果顯示，F(xiàn)1 主因子的方差貢獻(xiàn)率為49.80%，其組合是Al2O3、Fe2O3、TiO2、P2O5、MnO 和MgO，且均為正載荷。研究表明，研究區(qū)沉積物中的Fe2O3、MgO 和TiO2多賦存于表生環(huán)境下地球化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定的火山碎屑物質(zhì)中[48-49]。一般認(rèn)為，P2O5常以重要的營養(yǎng)元素形式出現(xiàn)，但其在鐵錳結(jié)核中也大量富集[50]，且P2O5與MnO、Fe2O3都具有非常高的相關(guān)性，因此本文認(rèn)為該因子中P2O5和MnO 代表的是海洋自生鐵錳結(jié)核。因此，F(xiàn)1 因子主要代表了火山源物質(zhì)和海洋自生物質(zhì)的影響。F2 主因子的方差貢獻(xiàn)為23.99%，其組合是K2O 和CaO，其中K2O 為正載荷，CaO 為負(fù)載荷。如前文所述，K2O 的富集多與陸源黏土礦物密切相關(guān)，因此認(rèn)為該因子主要代表了陸源風(fēng)塵物質(zhì)的影響。而負(fù)載荷的 CaO 可能說明了生物成因碳酸鹽組分對陸源風(fēng)塵物質(zhì)的稀釋作用對陸源風(fēng)塵物質(zhì)的稀釋作用[20]。F3 主因子的方差貢獻(xiàn)為14.07%，元素組合為負(fù)載荷的Na2O，前人研究表明其峰值與火山活動之間存在著較好的指示關(guān)系[51]，因此認(rèn)為該因子主要代表了火山碎屑物質(zhì)的影響。

由常量元素R 型因子分析結(jié)果可知，研究區(qū)沉積物主要來自于附近火山碎屑物質(zhì)及陸源風(fēng)塵物質(zhì)，生物及海洋自生作用的影響則相對較小。同時，從結(jié)果中還可以看出MC09 柱狀沉積物受到東亞季風(fēng)的影響更為顯著，而MC13 柱狀沉積物則更多地受到來自火山物質(zhì)的影響。這與2 根柱狀沉積物的取樣位置相一致，即遠(yuǎn)離島弧的沉積物更多受到季風(fēng)搬運(yùn)的陸源風(fēng)塵組分的影響，而距離島弧較近的沉積物則更多受到火山物質(zhì)的影響。不同位置的兩個柱狀沉積物巖心的綜合分析，可以更為全面地反映研究區(qū)沉積作用的影響因素。

3.3 西菲律賓海盆沉積記錄對東亞冬季風(fēng)演化的響應(yīng)

西菲律賓海盆沉積物中的陸源風(fēng)塵組分主要來源于亞洲內(nèi)陸干旱地區(qū)的碎屑沉積物，由東亞冬季風(fēng)攜帶至此。當(dāng)東亞冬季風(fēng)增強(qiáng)時，風(fēng)塵源區(qū)的干旱程度及物理風(fēng)化強(qiáng)度增加，導(dǎo)致物質(zhì)匯聚區(qū)海洋沉積物中的陸源風(fēng)塵物質(zhì)比例增加；相反，當(dāng)東亞冬季風(fēng)減弱時，風(fēng)塵源區(qū)的干旱程度及物理風(fēng)化強(qiáng)度降低，物質(zhì)匯聚區(qū)海洋沉積物中的陸源風(fēng)塵物質(zhì)比例降低[16,43-44]。

近年來，大量研究結(jié)果表明利用菲律賓海沉積物敏感粒級和常量元素R 型因子分析來指示東亞季風(fēng)的演化歷史是可行的。于兆杰等[7]運(yùn)用粒級-標(biāo)準(zhǔn)偏差方法對西菲律賓海陸源沉積物組成及其對過去一百萬年以來東亞季風(fēng)和亞洲內(nèi)陸氣候的指示進(jìn)行了探討；王晨等[17]利用R 型因子分析對西菲律賓海盆XT-4 孔沉積物指示的陸源物質(zhì)輸入和東亞冬季風(fēng)的演化歷史進(jìn)行了研究。因此，本文結(jié)合沉積物敏感粒級和常量元素R 型因子分析兩個角度對沉積物指示的陸源物質(zhì)進(jìn)行綜合研究，進(jìn)一步揭示東亞冬季風(fēng)的演化歷史。

如前文3.1 節(jié)所述，2 根柱狀沉積物中的細(xì)粒組分可以代表陸源風(fēng)塵物質(zhì)，本文將其組分的平均粒徑作為反映東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度變化的指標(biāo)。如前文3.2節(jié)所述，MC09 柱狀沉積物中，Al2O3和K2O 等與陸源風(fēng)塵物質(zhì)密切相關(guān)的元素在F1 因子中均表現(xiàn)為正載荷，因此 F1 因子得分增高（降低）則說明了沉積物中陸源風(fēng)塵物質(zhì)比例的增高（減少），進(jìn)而指示風(fēng)塵源區(qū)干旱程度的加?。p小）和東亞冬季風(fēng)的增強(qiáng)（減弱）。同理可知，MC13 柱狀沉積物中與陸源風(fēng)塵物質(zhì)密切相關(guān)的K2O 為正載荷，因此F2 因子得分的變化趨勢也同樣可以指示風(fēng)塵源區(qū)和東亞冬季風(fēng)的演化，本文分別提取出2 根柱狀沉積物各自的陸源因子得分，進(jìn)而指示東亞冬季風(fēng)的演化。

中國黃土、深海沉積物和風(fēng)塵通量是目前進(jìn)行季風(fēng)演化研究的基礎(chǔ)性指標(biāo)。中國黃土序列以其粒度細(xì)、沉積速率高和良好的連續(xù)性等特征，被認(rèn)為是蘊(yùn)含豐富古環(huán)境信息的晚新生代陸相沉積物之一[52]；而風(fēng)塵通量不會受到構(gòu)造、洋流、海平面等因素影響，它的變化能夠更加真實(shí)地反映出季風(fēng)強(qiáng)度及對應(yīng)風(fēng)塵源區(qū)的氣候變化信息[36]。為進(jìn)一步驗(yàn)證本文提取的替代性指標(biāo)指示東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度變化的可行性，將其與中國黃土高原涇源黃土剖面沉積物的中值粒徑[53]及北太平洋V21-146 風(fēng)塵通量[54]進(jìn)行了系統(tǒng)對比（圖7）。通過對比發(fā)現(xiàn)，替代指標(biāo)與這二者的變化趨勢總體上一致，均表現(xiàn)出顯著的冰期-間冰期旋回特征，從而表明了本文提取出的多種替代性指標(biāo)的有效性。當(dāng)然，需要指出的是，陸源因子得分指標(biāo)和全球氧同位素曲線[55]、相對海平面[54]、黃土中值粒徑[53]及北太平洋風(fēng)塵通量[54]之間在某些變化細(xì)節(jié)上仍然存在有一定的差異，這可能是因?yàn)槭艿侥甏刂泣c(diǎn)以及沉積序列中可能出現(xiàn)的沉積速率變化的影響。

圖7 西菲律賓海盆柱狀沉積物敏感粒級、陸源因子得分與全球氧同位素曲線[55]、相對海平面[55]、涇源黃土中值粒徑[52]和北太平洋風(fēng)塵通量[54]對比灰色區(qū)域指示MIS 2 階段[57-58]，紅色虛線為各階段的分界。Fig.7 Comparison of mean grain size and eolian dust factor of the columnar samples to the global oxygen isotope curves, relative sea level fluctuation, mean grain size of the Jingyuan Loess section and the eolian flux The gray area indicates the MIS 2 stage[57-58], and the red dashed line is the boundary between the stages.

基于上述分析，本文綜合運(yùn)用指示風(fēng)塵組分的敏感粒級組分平均粒徑和常量元素陸源因子得分作為東亞季風(fēng)演化的替代性指標(biāo)，進(jìn)一步分析上述指標(biāo)所代表的亞洲大陸風(fēng)塵輸入及東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度的變化情況，將近50 kaBP 以來的變化分為4 個階段（圖7）。

（1）47～26 kaBP：該階段處于末次冰期，對應(yīng)深海氧同位素第3 階段晚期（MIS 3a）和第2 階段（MIS 2）早期的一部分，海平面較低并且在不斷波動下降。此時全球氣候處于弱暖期，氣溫較此前的MIS 4 和之后的MIS 2 有所升高，但上升的幅度較弱，與末次間冰期仍有一定差距[55]。大約29 ka 時的MIS 3 /MIS 2 轉(zhuǎn)換階段，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度顯著增大，這一變化在黃土中有著一致的記錄。該階段風(fēng)塵組分的敏感粒級平均粒徑波動增大，與涇源黃土中值粒徑曲線的變化趨勢高度一致，常量元素陸源因子得分呈現(xiàn)波動下降趨勢，表現(xiàn)出陸源物質(zhì)輸入的波動下降，但整體來看陸源物質(zhì)輸入量為最大。本文分析認(rèn)為，可能是由于此時較弱的東亞季風(fēng)無法攜帶大顆粒的陸源物質(zhì)，只能將細(xì)顆粒風(fēng)塵物質(zhì)搬運(yùn)至研究區(qū)。而Al、Ti 等典型的指示陸源的元素又受到“粒度控制律”的作用[56]，大量富集在細(xì)粒物質(zhì)中，導(dǎo)致了該階段沉積記錄中陸源因子得分的高值。

（2）26～19 kaBP：該階段包括了整個末次冰盛期，對應(yīng)深海氧同位素第2 階段（MIS 2），海平面劇烈降低達(dá)到最低值，低于現(xiàn)在海平面120 m 左右。該階段風(fēng)塵組分的敏感粒級平均粒徑繼續(xù)升高，常量元素因子得分呈現(xiàn)穩(wěn)定上升趨勢，表現(xiàn)出陸源物質(zhì)供給豐富。此時，海平面顯著降低，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，亞洲大陸氣候也開始向寒冷干燥轉(zhuǎn)變，隨著亞洲內(nèi)陸干旱化程度進(jìn)一步加劇，研究區(qū)沉積的亞洲風(fēng)塵物質(zhì)也逐漸增多。

（3）19～12 kaBP：該階段是從末次冰盛期向全新世過渡的時期，對應(yīng)深海氧同位素第2 階段（MIS 2），全球氣溫和海平面都逐漸升高。該階段風(fēng)塵組分的敏感粒級平均粒徑呈現(xiàn)波動增加趨勢，常量元素因子得分呈現(xiàn)波動升高趨勢。同時，大致在13 kaBP左右替代指標(biāo)出現(xiàn)明顯的波動，尤其是反映風(fēng)塵組分的敏感粒級有顯著的增大，應(yīng)該與新仙女木事件有關(guān)，這一末次冰消期持續(xù)升溫過程中的突然降溫事件導(dǎo)致了陸源風(fēng)塵組分的增加和平均粒徑的增大。

（4）12 kaBP 以來：該階段是末次冰期結(jié)束后至今的一段時期，即全新世，對應(yīng)深海氧同位素第1 階段（MIS 1），全球氣溫和海平面繼續(xù)升高。進(jìn)入全新世后，全球氣候逐漸變暖，海平面迅速上升，全新世高海平面的形成使得研究區(qū)相對遠(yuǎn)離亞洲大陸，東亞季風(fēng)強(qiáng)度減弱。該階段風(fēng)塵組分的敏感粒級平均粒徑呈現(xiàn)波動減小趨勢，常量元素因子得分基本穩(wěn)定，表現(xiàn)出該階段東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度基本保持穩(wěn)定但仍存在小幅度波動減弱。

需要注意的是不同替代性指標(biāo)在對氣候演變的指示上存在一定的差異，這主要是由于古環(huán)境、古氣候?qū)Σ煌笜?biāo)的影響機(jī)制和程度不盡相同所導(dǎo)致的，且存在較多干擾因素，如物源的變化、海平面的波動等。因此，建立高精度的年代學(xué)框架，明確研究區(qū)沉積物物源及水動力條件的變化，有效提取沉積物中古氣候、古環(huán)境信息是進(jìn)一步研究的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

（1）沉積物敏感粒級的平均粒徑、常量元素陸源組分因子得分具有較為相似的變化趨勢，共同記錄了東亞冬季風(fēng)的演化歷史。本研究表明了采用沉積學(xué)、地球化學(xué)的綜合替代性指標(biāo)對于恢復(fù)海洋古環(huán)境的有效性，可在一定程度上彌補(bǔ)單一指標(biāo)的局限性。

（2）MC09、MC13 柱狀樣沉積物風(fēng)塵組分的敏感粒級組分平均粒徑和陸源因子得分的變化表明：47～26 kaBP，全球氣候處于弱暖期，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度相對較弱；26～19 kaBP，東亞冬季風(fēng)顯著增強(qiáng)，且亞洲風(fēng)塵源區(qū)干旱程度加?。?9～12 kaBP，東亞季風(fēng)強(qiáng)度波動減弱；12 kaBP 以來，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度相對穩(wěn)定但仍小幅波動減弱。