張鑫悅, 鄧 兵,2, 杜金洲

（1. 華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點實驗室, 上海 200241;2. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室, 廣東 珠海 519000）

0 引 言

隨著全球變暖的加劇, 過去幾十年內(nèi)北極的氣候環(huán)境正在加速演變[1-2]. 北極地區(qū)對氣候變化極為敏感, 據(jù)估計, 北極變暖幅度至少是全球平均水平的兩倍, 被稱為“極地放大”現(xiàn)象[3]. 北冰洋的海冰范圍和冰蓋年齡仍在持續(xù)減少, 因此, 2000 年以來的變化幅度尤為明顯[4]. 海洋表面溫度的升高和海冰范圍的縮小預(yù)計將導(dǎo)致全球海洋生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化.

海洋沉積物構(gòu)成了世界上最重要的長期碳匯, 其中北極沉積物的作用不可忽視[5]. 已有研究表明,高緯度冰川前沿峽灣地區(qū)沉積物中有機碳的年埋藏通量相當(dāng)于全球海洋有機碳年埋藏通量的11%[5].隨著高緯度地區(qū)氣溫的快速升高和冰川、海冰的快速融化, 高緯度峽灣沉積物中有機碳和無機碳的沉積速率顯著增加[5-6], 其對海洋碳循環(huán)乃至全球變化的反饋效應(yīng)值得關(guān)注.

峽灣及冰川邊緣地帶是高緯度地區(qū)陸地和海洋的重要界面, 接受了來自冰川搬運的大量沉積物.生源要素吸附在沉積物表面搬運到沿海海洋, 是海洋浮游植物所需營養(yǎng)物質(zhì)的重要來源[7-8]. 其次, 沉積物的埋藏是生源要素循環(huán)的重要環(huán)節(jié). 沉積物的通量及沉積物顆粒組成等特征蘊含了有關(guān)物質(zhì)來源、物質(zhì)搬運的信息[9], 是環(huán)境及氣候變化的有效載體. 已有北極地區(qū)的沉積學(xué)研究表明, 冰川是海洋沉積物的重要來源[10], 然而北極地區(qū)的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)尤其稀少且缺乏連續(xù)性, 因而在建立對生態(tài)環(huán)境長期、連續(xù)變化的認識上具有一定的局限性. 而沉積物巖芯則包含著相對連續(xù)的歷史記錄, 可應(yīng)用于環(huán)境變化評估領(lǐng)域. 本研究選取北極克羅斯峽灣沉積物巖芯重建高分辨率沉積物記錄, 以探索全球變暖背景下, 高緯度冰川前沿峽灣地區(qū)近幾十年來發(fā)生的環(huán)境變化.

1 研究區(qū)概況

斯瓦爾巴群島 (Svalbard) 位于北大西洋與北冰洋之間(圖1(b)), 是北極陸生植被最為茂盛的地區(qū)之一. 其具有獨特的峽灣系統(tǒng), 是大洋與潮汐冰川相互作用的重要區(qū)域. 克羅斯峽灣 (Krossfjorden)位于斯瓦爾巴群島西北部, 方向為南北向, 長度約為30 km, 寬度為3 ～ 6 km, 最大深度為374 m, 總?cè)莘e估計約為25 km3(圖1(a))[11]. 峽灣的內(nèi)部由利勒胡克峽灣和莫勒峽灣兩部分組成, 克羅斯峽灣的頭部由利勒胡克潮汐冰川和東海岸其他5 個正在解體的冰川連接[12]. 活躍冰川的淡水徑流強烈影響地表水, 從而影響淡水與海水的混合過程. 研究區(qū)與格陵蘭海直接相連, 受到沿西斯匹次卑爾根大陸架流動的溫暖大西洋水的影響, 被稱為西斯匹次卑爾根海流(West Spitsbergen Current, WSC)[13]. 較弱的東斯匹次卑爾根海流(East Spitsbergen Current, ESC)以沿岸流的形式進入峽灣, 將寒冷和相對新鮮的北極水輸送到斯瓦爾巴島西海岸[11]. 氣候變化可能會從兩個方向影響峽灣, 鄰近的大西洋和北極水域的變化將通過交換過程引起峽灣水體溫度和鹽度的變化, 而峽灣附近融化的冰川將使進入峽灣的淡水流量發(fā)生改變[11].

圖1 克羅斯峽灣沉積物巖芯取樣站位圖及區(qū)域流場圖Fig. 1 Sampling site for the sediment core and basic information about Krossfjorden

2 材料與方法

2.1 樣品采集

2017 年7 月, 使用重力式柱狀采泥器于克羅斯峽灣采集沉積物巖芯B5 (柱長19 cm) , 采樣點坐標(biāo)為 79.26° N, 12.11° E (圖1), 采樣水深81 m. 沉積物樣品在 —20℃條件下冷凍保存. 稍微解凍后,將巖芯按1 cm 間距采樣, 分裝在兩個潔凈自封袋中. 一部分原始樣品用于粒度組成分析, 另一部分冷凍干燥后用瑪瑙研缽和杵研磨并過200 目篩后, 用于沉積物年代學(xué)分析.

2.2 年代測定

已有研究表明, 在短時間內(nèi)(幾十年到150 年),210Pbex定年法是一種成熟的方法[14]. 使用210Pb 和137Cs 放射性定年技術(shù), 測定每一層段沉積物樣品中210Pb、137Cs、226Ra 等放射性同位素活度. 將研磨處理后的每個樣品置于潔凈的樣品管中壓實, 使其與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)高度相同, 密封放置1 個月后上機測試.每個樣品的測量時間大約為24 h, 樣品中的過剩210Pb (210Pbex)活度由總210Pb 活度減去226Ra 活度計算.根據(jù)210Pbex的活度估算研究區(qū)的沉積速率, 并建立年代序列. 同位素活度測試在華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點實驗室完成, 使用的測試儀器為高壓鍺γ 能譜儀 (GCW3522S, 35%相對效率).

2.3 粒度分析

研究區(qū)沉積物樣品不含有礫石和較粗的砂, 因而使用激光粒度測試進行沉積物粒度組成分析. 樣品預(yù)處理操作步驟如下: 取適量混合均勻的原始濕沉積物樣品于燒杯中, 分別加入過量的H2O2(10%)和HCl (1 mol/L), 以去除有機質(zhì)和碳酸鹽. 充分反應(yīng)后, 用蒸餾水依次洗滌4 ～ 5 次直至上清液呈中性, 加入5%的偏磷酸鈉溶液, 超聲分散20 min 后上機測試. 粒度測試在華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點實驗室進行, 使用的測試儀器為激光粒度分析儀(LS13 320, Beckman Instruments Inc,USA), 儀器的測量范圍為0.02 ～ 2 000 μm, 測量誤差＜3%.

3 結(jié) 果

3.1 年代測定結(jié)果

210Pbex(半衰期為(22.23±0.12) a) 活度在整個巖芯中呈現(xiàn)隨深度遞減的趨勢, 范圍為 (6.16±6.36) ～(72.62±9.01) Bq·kg—1(圖2 (b)).

圖2 沉積物巖芯的年代測定Fig. 2 Sediment dating of the sediment core

為了減小沉積物粒度效應(yīng)的影響, 用黏土含量矯正了210Pbex的活度, 校正公式如式 (1) 所示[15].

在沉積剖面中觀察到校準(zhǔn)的210Pbex活度與深度近似的對數(shù)分布(圖2 (c)), 因此, 采用恒定初始濃度模型(CIC)計算沉積速率, 將ln(210Pbex活度)與深度進行擬合, 具體如公式 (2) 所示.

式 (2) 中:Ci為某一時刻210Pbex活度,C0為初始210Pbex活度,λ為210Pb 的衰變常數(shù) (0.031 14 a—1)[16].

沉積物巖芯中210Pbex對數(shù)剖面在10 cm 處表現(xiàn)出明顯的分段線性行為, 根據(jù)兩段擬合曲線的斜率得到兩個不同的沉積速率(圖2 (c)). 將沉積物巖芯的最上層1 cm 確定為采樣年份 (2017 年), 根據(jù)所得沉積速率依次估算各層位對應(yīng)的年代, 以此建立沉積物巖芯的年代序列. 由此可知, 分段線性行為發(fā)生在20 世紀(jì)90 年代前后. 20 世紀(jì)90 年代以前, 巖芯下部的平均沉積速率為0.16 cm/a, 沉積速率相對較低; 20 世紀(jì)90 年代以后平均沉積速率大幅增加, 為0.35 cm/a. 根據(jù)沉積速率建立年代序列, 沉積物巖芯最深的一層可以追溯到20 世紀(jì)30 年代左右.

137Cs 活度從0 到 (7.50±0.86) Bq·kg—1(圖2 (a)). 沉積物樣品中檢測到137Cs 活性存在兩個明顯峰值(圖2 (a)), 中間最明顯的峰值與1986 年的切爾諾貝利核反應(yīng)堆事故有關(guān)[17]. 1986 年在210Pb 和137Cs 之間的測年具有廣泛的一致性, 這個峰值對應(yīng)的時間支持了基于CIC 模型得出的年代序列. 更深層次的峰值可能與1963 年《部分禁止核試驗條約》簽署前核武器試驗有關(guān)[18]. 然而, 基于210Pb 得出的年代序列與137Cs 的1963 年峰略有偏移, 但總體上137Cs 峰值仍在1960 ～ 1965 年, 這很可能是由于137Cs 沉積后出現(xiàn)分子擴散再遷移的結(jié)果[19], 也可能是由于沉積物巖芯底部的誤差較大, 導(dǎo)致估算的結(jié)果不夠準(zhǔn)確 (圖2 (c)) . 總體來說, 根據(jù)210Pb 建立的年代序列具有一定的可信度.

3.2 粒度分析結(jié)果

3.2.1 沉積物類型分布及其組分分布

根據(jù)Folk[20]碎屑沉積物分類原則及沉積物巖芯中各粒徑組分的含量分布可知, 沉積物巖芯類型以泥和砂質(zhì)泥為主. 克羅斯峽灣沉積物巖芯粒徑組分劃分如圖3 所示. 根據(jù)粒度組分特征, 結(jié)合年代序列, 可大致將B5 剖面劃分為兩個階段.

圖3 沉積物巖芯粒徑組分百分含量的垂直分布特征Fig. 3 Vertical distribution of grain size fractions in the sediment core

階段一: 20 世紀(jì)30 年代—20 世紀(jì)90 年代. 這一階段沉積物以粉砂 (2 ～ 63 μm) 為主, 變化范圍為66.52% ～ 76.55%, 平均值為70.19%. 黏土 (＜2 μm) 與砂 (＞63 μm) 的含量范圍分別為18.38% ～21.44%、2.00% ～ 15.40%, 平均值分別為19.43%、10.38%. 將粉砂與砂細分為5 個部分, 如圖3 所示. 2 ～16 μm 的粒徑組分百分含量的垂直分布范圍在49.43% ～ 58.65%, 平均值為53.31%; 16 ～ 32 μm 的范圍在11.31% ～ 13.65%, 平均值為12.63%; 32 ～ 63 μm 的較穩(wěn)定, 范圍在3.78% ～ 4.78%, 平均值為4.25%; 63 ～ 125 μm 的范圍在1.37% ～ 4.35%, 平均值為3.26%; ＞125 μm 的范圍在0.64% ～ 11.05%,平均值為7.13% (圖3).

階段二: 20 世紀(jì)90 年代—2017 年. 這一階段沉積物中粉砂 (2 ～ 63 μm) 的含量變化范圍為56.33% ～ 77.7%, 平均值為65.66%, 較階段一變化范圍增大. 黏土 (＜2 μm) 與砂 (＞63 μm) 含量范圍分別為16.20% ～ 20.89%、1.41% ～ 27.47%, 平均值分別為18.42%、15.91%. 2 ～ 16 μm 的粒徑組分百分含量的垂直分布范圍在42.21% ～ 57.70%, 平均值為49.04%; 16 ～ 32 μm 的范圍在10.27% ～15.00%, 平均值為12.12%; 32 ～ 63 μm 的范圍在3.85% ～ 5.00%, 平均值為4.50%; 63 ～ 125 μm 的范圍在0.86% ～ 4.26%, 平均值為3.32%; ＞125 μm 的范圍在0.55% ～ 24.45%, 平均值為12.60% (圖3).

3.2.2 粒度參數(shù)變化

根據(jù)McManus[21]公式計算出克羅斯峽灣沉積物巖芯的粒度參數(shù), 分布特征如圖4 所示. 同樣結(jié)合年代序列, 根據(jù)沉積物粒度參數(shù)變化, 將B5 剖面劃分為兩個階段.

圖4 沉積物巖芯粒度參數(shù)剖面Fig. 4 Profiles of grain size parameters in the sediment core

階段一: 20 世紀(jì)30 年代—20 世紀(jì)90 年代. 平均粒徑的變化范圍為5.54 ～ 9.05 μm, 平均值為7.65 μm (圖4 (a)). 中值粒徑的變化范圍為5.80 ～ 7.75 μm, 平均值為6.90 μm (圖4 (b)). 平均粒徑和中值粒徑的大小顯示出輕微的變化, 且平均粒徑的變化范圍相對于中值粒徑略大. 沉積物的分選程度可以用分選系數(shù)來表示, 分選系數(shù)的范圍為1.77 ～ 2.38, 平均值為2.18 (圖4 (c)). 偏度系數(shù)是表示沉積物粗細分布對稱程度的一個定量描述指標(biāo)[22], B5 站位的沉積物巖芯偏度系數(shù)在階段一的變化范圍為0.53 ～ 0.91, 平均值為0.79 (圖4 (d)). 峰態(tài)能夠度量粒度分布的中部和尾部展開度之比, 是觀察到雙峰曲線不可或缺的重要線索[22]. 峰態(tài)系數(shù)范圍為2.29 ～ 3.06, 平均值為2.83 (圖4 (e)).

階段二: 20 世紀(jì)90 年代—2017 年. 平均粒徑的變化范圍為5.86 ～ 14.67 μm, 平均值為10.58 μm(圖4 (a)). 中值粒徑的變化范圍為6.42 ～ 10.76 μm, 平均值為8.44 μm (圖4 (b)). 分選系數(shù)的范圍為1.73 ～ 3.00, 平均值為2.43 (圖4 (c)). 偏度系數(shù)的變化范圍為0.65 ～ 1.07, 平均值為0.91 (圖4 (d)).峰態(tài)系數(shù)的變化范圍為2.19 ～ 3.57, 平均值為3.03 (圖4 (e)).

沉積物巖芯B5 的分選系數(shù)范圍為1.73 ～ 3.00, 平均值為2.30 (圖4 (c)), 根據(jù)矩值法粒度參數(shù)的定性描述術(shù)語[23], 該沉積物巖芯屬于分選性較差或分選性差. 整個巖芯偏度系數(shù)的變化范圍為0.53 ～1.07, 平均值0.85 (圖4 (d)), 根據(jù)矩值法粒度參數(shù)的定性描述術(shù)語[23], 該巖芯偏度系數(shù)為正偏, 表示該沉積物巖芯為粗偏. 峰態(tài)系數(shù)范圍為2.19 ～ 3.57, 平均值為2.92 (圖4 (e)), 同樣根據(jù)矩值法粒度參數(shù)的定性描述術(shù)語[23], 該巖芯的峰形寬或很寬.

3.2.3 沉積物粒度頻率分布曲線的變化

結(jié)合對克羅斯峽灣B5 站位的粒度組成和粒度參數(shù)分析, 將沉積物巖芯每一層位按上述階段繪制頻率分布曲線, 如圖5. 每一層位的頻率分布曲線都呈現(xiàn)雙峰狀態(tài), 分選性差. 1 ～ 9 cm 的粒度頻率分布曲線差別很大(圖5 (a)), 而10 ～ 19 cm 峰型較為相似(圖5 (b)), 這表明1 ～ 9 cm 的分選性較10 ～19 cm 下降, 沉積物粒徑組分發(fā)生了改變.

圖5 頻率分布曲線圖Fig. 5 Frequency distribution graph

4 討 論

本研究根據(jù)沉積速率和相應(yīng)的年代學(xué), 重建了克羅斯峽灣沉積環(huán)境變化的記錄. 結(jié)合210Pb 與137Cs 的測年結(jié)果可知, 20 世紀(jì)90 年代前后沉積速率發(fā)生了變化. 20 世紀(jì)90 年代以前平均沉積速率為0.16 cm/a, 20 世紀(jì)90 年代以后平均沉積速率大約增長為20 世紀(jì)90 年代之前的兩倍 (圖2(c)). 沉積速率的增加表明, 20 世紀(jì)90 年代前后沉積物的供應(yīng)明顯增加.

結(jié)合前人的研究 (表1), 克羅斯峽灣的沉積速率與其他高緯度地區(qū)以冰川作用主導(dǎo)沉積過程的沉積速率相近(0.1 ～ 0.41 cm/a), 又明顯低于以河流作用主導(dǎo)沉積過程的北極地區(qū)的沉積速率. 例如,鄂畢河河口和葉尼塞河河口的沉積速率大約是克羅斯峽灣的3 倍 (表1). 此外, 沉積物主要以粉砂為主,粒徑較粗且分選性差. 分選差是冰川沉積物的典型特征, 與河流輸送的沉積物存在較大差異. 因此,克羅斯峽灣沉積物的沉積速率和粒度組成揭示了以冰川為主導(dǎo)的沉積環(huán)境, 沉積物供應(yīng)增加很可能是過去幾十年冰川變化的記錄.

表1 高緯度陸架邊緣以河流和冰川主導(dǎo)沉積物來源的沉積速率對比Tab. 1 Comparison of sedimentation rates for river-dominated and glacier-dominated areas at high latitude continental shelf margins

由粒徑組分百分含量的垂直分布特征可知, 20 世紀(jì)90 年代前后, 粒徑組分百分含量發(fā)生了變化.20 世紀(jì)90 年代以后, 圖3 中各組分百分含量的范圍均呈現(xiàn)出增大的趨勢, 這表示粒度組分出現(xiàn)更為劇烈的震蕩. 同時, 細顆粒組分百分含量的平均值變小而粗顆粒組分的平均值變大, 這表示沉積物巖芯中粗顆粒組分增加. 不僅如此, ＞125 μm 的粒徑組分在20 世紀(jì)90 年代以后出現(xiàn)了24.45%的高值百分含量, 是20 世紀(jì)90 年代之前最高值的2 倍. 黏土與粉砂含量的平均值在20 世紀(jì)90 年代之后顯著減少, 而砂百分含量的平均值顯著增加.

根據(jù)各粒度參數(shù)的分析可知, 平均粒徑與中值粒徑展示出相同的垂直變化趨勢(圖4 (a—b)).20 世紀(jì)90 年代之前, 平均粒徑和中值粒徑展現(xiàn)出較為穩(wěn)定的垂直分布特征, 20 世紀(jì)90 年代以后的平均粒徑和中值粒徑的平均值較20 世紀(jì)90 年代之前增大, 這表明20 世紀(jì)90 年代以后的沉積物顆粒顯著變粗. 由圖4 可知, 20 世紀(jì)90 年代之后分選系數(shù)和偏度系數(shù)變大, 從而也支持了沉積物粗化的結(jié)論. 分選系數(shù)與偏度系數(shù)和峰態(tài)值擁有很好的對應(yīng)關(guān)系 (圖4), 在分選最差的層位, 沉積物粒徑偏態(tài)系數(shù)較大, 峰形也很寬.

粒徑組分的百分含量與粒度參數(shù)的變化表明, 沉積物粒度呈分段式分布, 發(fā)生變化的時間與沉積速率發(fā)生變化的時間一致. 20 世紀(jì)90 年代以前, 沉積物粒度較細, 沉積速率較低. 同時, 該階段的粒度組成相對穩(wěn)定, 分選系數(shù)、偏態(tài)系數(shù)、峰態(tài)波動均較小, 這一階段的泥沙供應(yīng)相對穩(wěn)定. 20 世紀(jì)90 年代之后的沉積物樣品粗顆粒組分含量顯著增加,平均粒徑、中值粒徑變大,分選變差,偏度向正偏變化, 峰態(tài)波動增大(圖4), 所代表的水動力條件更強. 由此可見, 20 世紀(jì)90 年代以后, 沉積物的供給不僅增加, 沉積物粒度也表現(xiàn)出粗化現(xiàn)象.

從20 世紀(jì)80 年代開始, 北極地區(qū)地表氣溫明顯上升[27]. 相應(yīng)地, 由克羅斯峽灣所在島嶼斯匹次卑爾根群島的平均年地表氣溫(surface annual temperature, SAT)異常值可知 (圖6), 斯匹次卑爾根群島的平均年地表氣溫自20 世紀(jì)90 年代以來也明顯上升. 溫度的上升導(dǎo)致了海冰范圍的縮小, 北極九月海冰范圍的異常值也在20 世紀(jì)80 年代出現(xiàn)下降趨勢且20 世紀(jì)90 年代開始下降的速度加快 (圖6).斯瓦爾巴群島主要峽灣覆蓋的海冰面積在不斷減少, 甚至出現(xiàn)了某些冬季沒有海冰的現(xiàn)象[27]. 不僅海冰的面積在減少, 穩(wěn)定的陸地冰形成和首次結(jié)冰日期也越來越晚[28]. 冰的融化出現(xiàn)在20 世紀(jì)80 年代初, 到20 世紀(jì)90 年代, 北極的海冰面積和冰川的總量在10 年的時間尺度上表現(xiàn)出高強度的加速退縮行為[29]. 克羅斯峽灣沉積物的沉積速率和粒度組成的變化時期與冰川快速消融的時期相吻合 (圖6).因此, 冰川沉積物供應(yīng)的增加可能與冰川的快速消退有關(guān), 粗顆粒沉積物的增加表明冰川活動的加劇.這一階段沉積物分選系數(shù)較高, 可能是由于冰川快速融化導(dǎo)致沉積物的分選性不佳[30].

圖6 沉積物巖芯B5 平均粒徑與北極觀測指標(biāo)Fig. 6 Median grain size of B5 and Arctic climate observational indicator records

值得注意的是, 生物硅會對沉積物粒度的測定結(jié)果產(chǎn)生影響, 使粒度測量結(jié)果比實際礦物顆粒粒徑偏粗[32]. 然而, 不同大小的硅藻會影響不同粒度的組分[33], 較高的生物硅含量可能導(dǎo)致粒度數(shù)據(jù)的偏差較大[33]. 當(dāng)生物硅含量較少時 (＜10%), 對沉積物粒度分析結(jié)果、物源判別、水動力條件恢復(fù)及沉積環(huán)境分析等無明顯影響[32,34]. 克羅斯峽灣沉積物中生物硅含量較低, 約在2.74% ～ 4.19%[35], 此時生物硅對粒度的影響很小, 而沉積物巖芯B5 粒度的組成變化范圍較大. 此外, 隨著極地溫度的升高, 硅藻生產(chǎn)力相應(yīng)增加可能會導(dǎo)致沉積物粒度出現(xiàn)增大的情況. Huang 等[33]研究表明, 生物硅與大于35 μm的組分表現(xiàn)出強相關(guān)性, 那么生物硅引起的粒度變化會是趨勢性的, 而冰川導(dǎo)致的沉積物物源變化是震蕩式的. 綜上所述, 研究區(qū)沉積物巖芯出現(xiàn)的粒度組成和粒度參數(shù)的變化主要是受冰川消融的影響.

北極峽灣冰川快速消退不僅增加了沉積物的通量, 也大大增加了高緯度海洋中的營養(yǎng)物質(zhì)和碳埋藏[7-8]. 由于氣溫上升而導(dǎo)致的冰川退縮可能是向沿海海洋輸送更多陸地物質(zhì)的原因[6]. 隨著冰川系統(tǒng)融水通量的增加, 冰川輸出的營養(yǎng)物質(zhì) (包括溶解的有機碳、氮和磷的有機形式、氮和磷的無機形式、硅和鐵等微量元素) 作為一系列生命必需元素的直接來源, 對海洋生態(tài)環(huán)境具有潛在的影響[7-8].但融水中的氮和磷含量較低, 更多來自海洋終端冰川邊緣浮力冰川下的融水上涌, 將富含氮和磷的深層海水輸送的上層水體[36]. 除此之外, 沉積物的埋藏也是生源要素循環(huán)的重要環(huán)節(jié). 陸架沉積物中營養(yǎng)物質(zhì)的埋藏是生物地球化學(xué)循環(huán)的重要匯, 北極峽灣由于冰川消退而增加的沉積物排放增加了極地碳埋藏, 這可能對全球生物地球化學(xué)循環(huán)做出貢獻[5].

冰川消融引起的泥沙輸移增加盡管還鮮有報道, 但是這種情況在冰川影響地區(qū)是存在的[5-6]. 冰層覆蓋的減少、多年凍土的融化及北極河流流量的長期增加, 都能顯著增加北冰洋沉積物的輸入[37]. 因此, 我們估計, 氣候變暖導(dǎo)致的北極地區(qū)一系列變化已經(jīng)對北極地區(qū)的環(huán)境產(chǎn)生影響, 克羅斯峽灣高分辨率的沉積物記錄在一定程度上是對北極變暖的響應(yīng).

5 結(jié) 論

本文通過對北極克羅斯峽灣沉積物巖芯進行了沉積組分分析, 結(jié)合放射性年代測定, 對近幾十年來高緯度地區(qū)的沉積環(huán)境進行研究, 得出如下認識.

(1) 20 世紀(jì)90 年代以后, 克羅斯峽灣沉積物的沉積速率增大, 約為20 世紀(jì)90 年代之前的兩倍,沉積物的供應(yīng)增加.

(2) 克羅斯峽灣沉積物主要由粉砂組成, 20 世紀(jì)90 年代以后平均粒徑、中值粒徑增大, 出現(xiàn)了顯著的沉積物粗化現(xiàn)象. 分選性下降, 偏度向正偏變化, 峰態(tài)波動增大, 粒度組成發(fā)生了顯著變化, 可能與近期氣候變化, 特別是高緯度地區(qū)的變暖有關(guān). 氣候變化造成了冰川的快速融化, 進而增加了沉積物的供應(yīng).

(3) 克羅斯峽灣沉積物的沉積速率和粒度組成揭示了冰川過程主導(dǎo)的沉積物累積. 克羅斯峽灣高分辨率的沉積記錄可能是過去幾十年冰川變化的記錄.

致謝 感謝國家海洋局極地考察辦公室對本研究的支持. 非常感謝朱卓毅老師在樣品采集、分割及野外保存等工作中給予的幫助, 同時感謝徐超然在整個研究過程中給予的鼓勵及繪圖方面的幫助.