賈奇，李鐵剛,2，熊志方,2，秦秉斌

1. 自然資源部第一海洋研究所海洋地質(zhì)與成礦作用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266061

2. 嶗山實(shí)驗(yàn)室海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室，青島 266237

浮游有孔蟲殼體元素組成作為重要的海洋環(huán)境參數(shù)替代性指標(biāo)，在古海洋學(xué)研究中發(fā)揮著重要的作用。隨著浮游有孔蟲殼體元素比值測試技術(shù)的快速發(fā)展，通過對浮游有孔蟲殼體元素比值的分析，取得了一系列重要成果[1-3]。其中，Globigerinoides ruber（白色）和Trilobatus sacculifer殼體作為定量重建地質(zhì)歷史時(shí)期表層海水溫度和鹽度的重要信息載體，得到了廣泛的研究和應(yīng)用[1,4-5]。然而，在利用G. ruber和T. sacculifer殼體進(jìn)行測試時(shí)，通常忽略G. ruber和T. sacculifer不同形態(tài)類型的殼體對重建結(jié)果的可能影響。

大部分海洋沉積物樣品中G. ruber殼體存在兩種形態(tài)類型，分別為狹義種（sensu stricto, s.s.）和廣義種（sensu lato, s.l.）。根據(jù)分類學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，G. rubers.s.殼體的主要形態(tài)為：一個(gè)近球形房室對稱地生長于原有結(jié)構(gòu)上，而形成具有高角度拱形的較大口孔；而G. rubers.l. 殼體具有相對緊湊的結(jié)構(gòu)特征：一個(gè)扁平的房室不對稱地生長于原有結(jié)構(gòu)之上，從而形成具有中等角度的拱形和相對較小的口孔[6]。研究發(fā)現(xiàn)浮游有孔蟲G.ruber殼體的兩種形態(tài)類型具有不同的穩(wěn)定同位素組成，且G. rubers.s.的生活水深淺于G. rubers.l.，因此兩種形態(tài)類型的G. ruber殼體記錄的海洋環(huán)境信息可能存在差異[4,7-8]。此外，也有研究發(fā)現(xiàn)熱帶和亞熱帶海區(qū)G. rubers.s.和G.rubers.l.殼體的元素比值也存在差異[4,9]。

T. sacculifer作為另外一個(gè)重要的浮游有孔蟲混合層水種，其殼體在古海洋學(xué)研究中也得到了廣泛的應(yīng)用[10-11]。盡管從分類學(xué)角度來看，T. sacculifer的分類更加復(fù)雜，但其在形態(tài)方面的主要區(qū)分依據(jù)為是否具有最后一個(gè)似袋狀房室[12]。因此，T.sacculifer從形態(tài)學(xué)上可以分為T. sacculifer（with sac）和T. sacculifer（without sac）。Elderfield 等[11]和Anand 等[13]通過對取自大西洋的沉積巖芯以及沉積物捕獲器樣品的分析，發(fā)現(xiàn)T. sacculifer（with sac）和T. sacculifer（without sac）殼體的元素比值同樣存在一定的差異。

已有研究表明有孔蟲殼體的Sr/Ca 比值在第四紀(jì)以來存在著明顯的冰期-間冰期變化特征，可能是指示海水Sr/Ca 水平的潛在替代性指標(biāo)[14-15]。此外，有孔蟲殼體Sr/Ca 比值的變化可能可以指示第四紀(jì)冰期旋回中的海平面變化[16]。也有研究發(fā)現(xiàn)浮游有孔蟲殼體的Sr/Ca 受海水溫度和鹽度等因素的影響[17]。因此，有孔蟲殼體Sr/Ca 是古海洋學(xué)研究的潛在指標(biāo)之一。本文通過西菲律賓海MD06-3047B巖芯中G. rubers.s.和G. rubers.l.以及T. sacculifer（with sac）和T. sacculifer（without sac）殼體Sr/Ca 比值的測試分析，探討它們之間是否存在著顯著性差異，并分析不同形態(tài)類型殼體Sr/Ca 比的影響因素，為未來利用兩個(gè)浮游有孔蟲表層水種在該區(qū)域開展古海洋學(xué)工作提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究材料

MD06-3047B 巖芯（17°00.44′N、124°47.93′E）位于呂宋島以東約240 km 的西菲律賓海本哈姆高原（圖1a），水深2 510 m。該沉積巖芯沉積連續(xù), 沒有發(fā)現(xiàn)明顯的沉積間斷以及濁流沉積層，沉積柱狀樣主要由黃色粉砂質(zhì)泥組成。根據(jù)前人研究，西菲律賓?，F(xiàn)代碳酸鹽溶躍面深度約為3 400 m[18]，MD06-3047B 孔位于海區(qū)溶躍面深度之上，因此該沉積物巖芯中有孔蟲保存程度較好[19]。在本次研究中，我們選取鉆孔巖芯上部60 cm，按4 cm 間隔取樣，取得15 個(gè)層位的樣品。每個(gè)層位樣品分別挑選30～50 枚粒徑范圍為250～300 μm 的G. rubers.s.、G. rubers.l.、T. sacculifer（with sac）和T. sacculifer（without sac）殼體（圖2）。并對這59 個(gè)有孔蟲樣品（G. rubers.s.有一層位缺失）進(jìn)行Sr/Ca 比值測試。盡管G. ruber和T. sacculifer的生活水深存在差異，但兩者的平均鈣化深度均位于混合層內(nèi)[7,13]，該層內(nèi)海水溫度和鹽度隨深度的變化較?。▓D1b）。

圖1 MD06-3047B 孔站位信息a：年均表層海水溫度信息，b：MD06-3047B 孔附近的垂向溫度與鹽度信息。數(shù)據(jù)引自WOA13[20]。Fig.1 The location of Site MD06-3047Ba: The annual mean sea surface temperature, b: profiles of water temperature and salinity around Site MD06-3047B.The data are from World Ocean Atlas 2013[20].

圖2 G. ruber 和T. sacculifer 不同形態(tài)類型殼體的顯微照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs of G. ruber and T. sacculifer morphotypes

1.2 殼體元素測試

有孔蟲殼體的清洗主要依據(jù)Barker 等[21]的方法。首先，將有孔蟲殼體在顯微鏡下壓碎，保證每個(gè)房室均被打開；分別對每一個(gè)有孔蟲樣品用去離子水進(jìn)行超聲清洗5 次、乙醇（優(yōu)級純）超聲清洗2次、去離子水清洗2 次，用以去除黏土等；用加熱的H2O2緩沖溶液進(jìn)行氧化處理，并用去離子水進(jìn)行清洗，以去除有機(jī)質(zhì)等；在鏡下剔出非有孔蟲殼體碎片的雜物（暗色礦物、絮塵等）；轉(zhuǎn)移并進(jìn)行淋洗保存等待上機(jī)測試。元素測試在中國科學(xué)院海洋研究所電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP-OES）上進(jìn)行。通過對標(biāo)準(zhǔn)溶液（Sr/Ca=1.20 mmol/mol）進(jìn)行45 次重復(fù)測試分析，得到Sr/Ca 測試的標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.1% (1σ)。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

為了從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度分析G.ruber和T. sacculifer不同形態(tài)類型殼體的Sr/Ca 比值差異，我們依照Antonarakou 等[8]的方法，對MD06-3047B 巖芯中上述4 類有孔蟲殼體的Sr/Ca 測試結(jié)果進(jìn)行韋爾奇檢驗(yàn)。首先，假設(shè)相比較的兩組數(shù)據(jù)均值結(jié)果相當(dāng)，如果G.rubers.s.和G. rubers.l.或T. sacculifer（with sac）和T. sacculifer（without sac）殼體的Sr/Ca 結(jié)果相當(dāng)，即接受虛假設(shè)（H=H0），說明G.ruber或T.sacculifer不同形態(tài)類型的Sr/Ca 比值的差異不大；相反，如果對比結(jié)果存在顯著差異，即拒絕虛假設(shè)（H=Ha），說明不同形態(tài)類型殼體的Sr/Ca 存在顯著差異。

2 殼體Sr/Ca 結(jié)果

MD06-3047B 孔的年齡框架由Jia 等建立[19]，主要依據(jù)全球大洋底棲有孔蟲氧同位素堆疊曲線[22]，并輔以粉紅色G. ruber末現(xiàn)面（～120 ka）作為參考點(diǎn)[23]而確立。本次研究的樣品時(shí)間跨度約48 ka，覆蓋了MIS 3-1。圖3 所示為MD06-3047B 孔MIS 3 期以來的G.rubers.s. 和G. rubers.l. 以及T.sacculifer（with sac）和T. sacculifer（without sac）殼體的Sr/Ca 比值。48 ka 以來G.rubers.s.和G. rubers.l.殼體的Sr/Ca 整體上具有相同的變化趨勢，其差值變化范圍為-0.006～0.022 mmol/mol，平均差值約0.006 mmol/mol。G. ruber（白色）的兩種形態(tài)類型殼體的Sr/Ca 比值并沒有表現(xiàn)出明顯的階段性高低變化規(guī)律，但G.rubers.l.殼體Sr/Ca 波動(dòng)幅度相對較大。T. sacculifer（with sac）和T. sacculifer（without sac）殼體Sr/Ca 比值存在差異，整體上T. sacculifer（with sac）殼體的Sr/Ca 比值相對較高，兩者的差值變化范圍為-0.008～0.034 mmol/mol，平均約0.017mmol/mol。

3 討論

3.1 G.ruber 和T. sacculifer 不同形態(tài)類型殼體Sr/Ca差異

如圖3 所示，G.rubers.s.和G. rubers.l.殼體Sr/Ca變化趨勢較為一致，平均差值僅約0.006 mmol/mol，小于Sr/ Ca 比值的測試誤差（± 0.011 mmol/mol）。T.sacculifer（with sac）和T. sacculifer（without sac）殼Sr/Ca 平均差值為約0.017 mmol/mol，大于測試誤差（± 0.011 mmol/mol）。同時(shí)，統(tǒng)計(jì)學(xué)韋爾奇檢驗(yàn)結(jié)果也顯示G.rubers.s.和G. rubers.l. 殼體Sr/Ca 平均值差異結(jié)果不具有顯著差異；而T. sacculifer（with sac）和T. sacculifer（without sac）殼Sr/Ca 平均值差異顯著（p＜0.05， 表1） 。 綜上， 我們判斷在MD06-3047B 站位的附近海區(qū)G. ruber不同形態(tài)類型殼體Sr/ Ca 比值的差異較??；而T. sacculifer不同形態(tài)類型殼體Sr/Ca 的差異較大。因此，在西菲律賓海區(qū)對浮游有孔蟲表層水種Sr/Ca 比值進(jìn)行測試分析時(shí)，如在樣品量不足的情況下，可以選擇G. ruber的不同形態(tài)類型殼體，但需要盡量選擇T. sacculifer（with sac）或T. sacculifer（without sac）的單一形態(tài)類型殼體，以免造成結(jié)果偏差。

表1 MD06-3047B 孔G. ruber s.s.和G. ruber s.l.以及T. sacculifer（with sac）和T. sacculifer（without sac）殼體Sr/Ca 平均值（mmol/mol）以及韋爾奇檢驗(yàn)結(jié)果（p＜0.05）Table 1 Mean shell Sr/Ca (mmol/mol) of G. ruber s.s., G. ruber s.l., T. sacculifer (with sac), and T. sacculifer (without sac) of Core MD06-3047B with the results of the Welch’s t-test at p＜0.05 level

3.2 不同形態(tài)類型殼體Sr/Ca 差異的影響因素

浮游有孔蟲殼體Sr/Ca 主要受到海水Sr/Ca、海水溫度、鹽度和溶解作用等因素的影響[17,24-27]。根據(jù)前人關(guān)于海水Sr/Ca 的冰期-間冰期變化特征的研究可知，海水Sr/Ca 在冰期時(shí)高，而在間冰期時(shí)低[28-29]。這一特征與我們的結(jié)果并不完全一致（圖4），特別是MIS 3 期的Sr/Ca 整體低于MIS 1 期。此外，不同形態(tài)類型殼體的Sr/Ca 變化并沒有表現(xiàn)出完全一致的變化，也說明其他因素在其中發(fā)揮作用。因此，海水Sr/Ca 可能不是影響研究區(qū)浮游有孔蟲殼體Sr/Ca 變化特征的唯一因素。有研究表明，G.ruber殼體Sr/Ca 可能受到海水溫度和鹽度的影響，而受pH 的影響較小[26]，隨著海水溫度和鹽度的升高，G.ruber殼體Sr/Ca 呈增大趨勢。T. sacculifer殼體Sr/Ca 同樣受到溫度和鹽度的影響[27]，海水溫度升高，T. sacculifer殼體Sr/Ca 越大，而鹽度越高，Sr/Ca越小。

圖4 MD06-3047B 孔G. ruber 和T. sacculifer 不同形態(tài)類型殼體Sr/Ca 與表層海水溫度和鹽度記錄[19]的對比MIS 為氧同位素期次，T-I 為末次冰消期。Fig.4 Comparison of shell Sr/Ca of G. ruber and T. sacculifer morphotypes with sea surface temperature and salinity[19] from Core MD06-3047BMIS: marine isotope stage, T-I: the last deglacial stage.

如圖3 和圖4 所示，同一粒徑范圍下，MIS 3 期以來G. ruber兩種形態(tài)類型的殼體Sr/ Ca 十分相似，說明兩者的變化可能受到相同影響因素的控制。而T. sacculifer（with sac）和T. sacculifer（without sac）殼體Sr/Ca 存在顯著差異（本文3.1 節(jié)），可能指示二者受不同因素的影響。進(jìn)一步將G.rubers.s.、G. rubers.l.、T. sacculifer（with sac）和T. sacculifer（without sac）殼體Sr/Ca 進(jìn)行對比可發(fā)現(xiàn)（圖4），G.rubers.s.、G. rubers.l.和T. sacculifer（without sac）殼體Sr/Ca 呈現(xiàn)較為一致的變化趨勢，并兩兩進(jìn)行線性相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)三組記錄之間具有較好的相關(guān)性，因此這兩個(gè)種的3 種形態(tài)類型殼體Sr/Ca 的記錄可能受到相同因素的影響。為方便分析，將這三組記錄進(jìn)行堆疊平均（Sr/Castack），并與同站位48 ka以來的表層海水溫度和鹽度等古海洋學(xué)記錄[19]進(jìn)行對比和線性相關(guān)分析。結(jié)果顯示Sr/Castack與表層海水溫度呈現(xiàn)線性正相關(guān)（圖5a），從整體趨勢上，G.rubers.s.、G. rubers.l.和T. sacculifer（without sac）的Sr/Ca 的增大對應(yīng)表層海水溫度的升高（圖4）。而Sr/Castack與表層海水鹽度替代性指標(biāo)（δ18Osw-ice）之間不具有明顯的相關(guān)性（圖5b），并且G.rubers.s.、G. rubers.l.和T. sacculifer（without sac）殼體Sr/Ca 與表層海水鹽度的變化趨勢也存在較大差異（圖4）。因此，研究區(qū)G.rubers.s.、G. rubers.l.和T.sacculifer（without sac）殼體的Sr/Ca 變化可能主要受到表層海水溫度的影響，而受到鹽度的影響較小。其中，Sr/Ca 的高值并未完全出現(xiàn)在MIS 1 期，而整體出現(xiàn)在末次冰消期，即MIS 2 期向MIS 1 期的過渡階段（圖4）。這可能是由于太平洋區(qū)域存在顯著的末次冰消期表層海水溫度顯著增暖的特征[30]。此外，MD06-3047B 孔年齡框架由底棲有孔蟲氧同位素建立，而根據(jù)前人工作，研究區(qū)SST 在變化特征上超前于底棲有孔蟲氧同位素的變化[31]。

圖5 MD06-3047B 孔浮游有孔蟲表層水種Sr/Ca 與表層海水溫度和鹽度記錄[19]的線性相關(guān)分析SST 為表層海水溫度，δ18Osw-ice 為表層海水鹽度替代性指標(biāo)（高值指示高鹽），Sr/Castack 為G.ruber s.s.、G. ruber s.l.和T. sacculifer（without sac）殼體Sr/Ca 記錄的堆疊結(jié)果。Fig.5 Linear correlation of shell Sr/Ca ratio of planktonic surface-water-dwelling foraminifer species and sea surface temperature and salinity[19] from Core MD06-3047BSST: sea surface temperature, δ18Osw-ice: the proxy of sea surface salinity (high δ18Osw-ice means higher salinity), Sr/Castack: the stack of Sr/Ca records of G.ruber s.s., G. ruber s.l., and T. sacculifer (without sac).

由于T. sacculifer（with sac）殼體Sr/Ca 與G.rubers.s.、G. rubers.l.和T. sacculifer（without sac）的變化趨勢存在明顯差異（圖4），故將其單獨(dú)進(jìn)行分析。如圖5c 和圖5d 所示，T. sacculifer（with sac）殼體Sr/Ca 與表層海水溫度記錄無顯著相關(guān)性，而與表層海水鹽度呈反相關(guān)。因此，T. sacculifer（with sac）殼體的Sr/Ca 可能主要受表層海水鹽度的影響，這一關(guān)系與Dissard 等的研究結(jié)果一致[27]。

4 結(jié)論

通過對西太平洋暖池北部邊緣海區(qū)MD06-3047B 孔中浮游有孔蟲表層水種G.ruber（G.rubers.s.與G. rubers.l.）和T. sacculifer（T. sacculifer（with sac）與T. sacculifer（without sac））殼體的Sr/ Ca 進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)MIS 3 期以來，G. ruber不同形態(tài)類型殼體的Sr/ Ca 差異較??；而T. sacculifer不同形態(tài)類型殼體的Sr/ Ca 相差較大。因此，在利用G. ruber和T. sacculifer殼體的Sr/Ca 結(jié)果重建古海洋信息的過程中，如在樣品量有限的條件下，可以選擇G.ruber殼體不同形態(tài)類型進(jìn)行測試，但應(yīng)盡量選擇T.sacculifer單一形態(tài)類型殼體。不同形態(tài)類型殼體Sr/Ca 與海水溫度和鹽度古海洋學(xué)記錄對比顯示，研究區(qū)G.rubers.s.、G. rubers.l.和T. sacculifer（without sac）殼體Sr/Ca 可能主要受海水溫度的影響；T. sacculifer（with sac）殼體Sr/Ca 主要受到鹽度的影響。

致謝：感謝中法合作MARCO POLO 2 航次的全體工作人員在取樣過程中提供的幫助。