西太平洋新不列颠海沟沉积特征与源-汇过程及其时空变化

发布时间：2020-07-15 22:29

【摘要】：位于西太平洋暖池的巴布亚新几内亚地区是国际上重要的物质“源-汇”地区之一,而新不列颠海沟则是其中一个紧邻岛屿的狭长区域。海沟是一个十分独特的区域,拥有全球最深的水域(深渊区)、漏斗状的地形和极端的环境等。为了进一步了解和认识海沟,我们选取了近陆型的新不列颠海沟作为研究对象。本文对新不列颠海沟插管沉积物NBT01、NBT02、NBT03、NBT05、NBT06、NBT07、NBT10和三个表层沉积物平行样NBT09以及柱状沉积物GC02进行常量、微量和稀土元素、全岩矿物和粘土矿物、粒度、Sr-Nd同位素、有机碳氮含量和有机碳同位素、生物硅、孢粉以及AMS-~(14)C年代测试,探讨了巴布亚新几内亚地区新不列颠海沟沉积物质(包含无机物质和有机物质)的来源、搬运和堆积过程以及对比其空间上的沉积特征差异,并分析了新不列颠岛末次冰期以来,沉积物质来源的演变和其驱动因素以及其古生产力的变化。地球化学元素和矿物学的结果显示,新不列颠海沟作为近陆型海沟,其沉积物主要来源于周围陆地岛屿的中性火山物质,火山物质的整体贡献度约为90%。在Rabual和Bagana火山、TLTF火山链、新不列颠岛北部火山群和所罗门群岛这些混合来源的火山物质中,西部海沟主要受到Rabual火山的火山物质影响,而东部海沟则主要受到TLTF火山链的火山物质影响。此外,结合孢粉证据,发现西部海沟轴部NBT01的表层沉积物受河流沉积物影响明显,而且其下部层位含有高含量的碳酸盐岩碎屑沉积,这可能与海沟漏斗状的地形有关。其有机碳和总氮的含量以及有机碳同位素的组成分布显示了该地区受到了巴布亚新几内亚森林土壤有机质的影响较大,陆源有机质输入明显,但具体影响受到了海沟地形和离岸距离的影响。根据新不列颠海沟沉积物中的粘土矿物含量变化以及该地区的粘土矿物分布特征,发现巴布亚新几内亚地区南部的伊利石含量较高,而北部则是蒙脱石含量较高,紧邻北部岛屿的新不列颠海沟的粘土矿物分布范围则位于两者之间,但离南部地区的分布范围较近。由此说明,该地区由南向北的洋流限制了巴布亚新几内亚北部地区的物质向南输送。此外,通过新不列颠海沟沉积物~(14)C年龄及其粒度,讨论了海沟内部的沉积特征差异,并发现由于海沟两侧的陡峭程度不同,使得陆坡一侧的沉积速率高于洋壳一侧。但陆坡一侧沉积环境也不稳定,物质难以长久地被难以下来,多以物质滑块的方式,往海沟轴部地区输送。新不列颠海沟柱状沉积物的地球化学元素、粘土矿物和粒度的分析结果显示,末次冰期以来,新不列颠海沟虽然整体上受到周围岛屿的中性火山物质影响较大,但中性火山物质的输入有微弱的减小趋势,而陆源河流沉积物质的输入则逐渐增加,直到全新世晚期时,可能还有酸性火山物质的输入。末次冰消期和中晚全新世期间,该地区的降水相对较强,而早全新世期间则较弱,这可能与赤道辐合带的移动有关。此外,生源组分和有机碳同位素显示,末次冰消期以来,新不列颠海沟的有机质主要来源于海洋有机质,但末次冰消期期间巴布亚新几内亚森林土壤有机质可以有高达50%的贡献度。此时,大量的陆源有机质输入促进了该地区生产力的提高,但伴随而来的外来碎屑物质稀释了碳酸钙含量,而早全新世晚期时外来输入减弱,碳酸钙含量增高,反映早全新世晚期的生产力的提高。末次冰消期以来,这些沉积物质的输入变化明显,其同时受到了赤道辐合带(ITCZ)、海平面和气候变化的综合影响。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P736.2;P736.4
【图文】：

海沟,全球,汇聚型

1.1 海沟研究进展与现状1.1.1 海沟的特征与研究意义海沟通常形成于构造俯冲带，拥有世界上最深、独特和孤立的狭长区域。水深超过6000米的海沟区被称为“深渊”，尽管其总面积仅占全球海底面积的1-2%，但其垂直深度构成了大洋深度范围的 45%左右[1-4]。由地壳和上地幔组成的岩石圈内部分为 14 个大的构造板块和 38 个小的板块，而板块间的相互移动造成了三种板块边界类型：离散型、汇聚型和剪切/转换型。汇聚型板块边缘，即两个板块间相向运动，通过俯冲作用，使得一个板块向另一相邻板块下方潜入，使得物质和能量混合以实现再平衡[4-5]。汇聚型板块边缘和下部的俯冲带为活动型板块边缘，此类边界上通常有活跃的火山活动，火山广布且地震频发，其代表性的地貌特征便是海沟，而深渊区也大部分位于汇聚型板块边缘。目前全球发现有 46处深渊区[2]，主要分布在太平洋地区（图 1-1），但由于科学技术水平的限制，它们至今还是人类难以企及的神秘海底区域。

海沟,地形特征

图 2 海沟地形特征[2]Fig.1-2 Topographical features of trenches渊的研究涉及到地震和地质构造、地球圈层的物质和能量起源、演化和生物资源、以及深海生态系统和全球碳循环重要的科学意义。深渊沉积物作为记录这些信息的绝佳载环境信息，所以了解深渊沉积物的特征及其来源对于深渊基础作用，其有助于我们进一步了解深渊海沟，揭开这一取国际重要的“源-汇”地区——巴布亚新几内亚地区内研究对象，对海沟两侧及轴部的沉积物进行对比，探讨新地理位置上的沉积物以及新几内亚地区的物质来源、搬运区环境变化的响应，以求了解新不列颠海沟的不同深度与质迁移与埋藏以及该地区末次冰消期以来的物质来源变

示意图,研究方案,示意图,海沟

上海海洋大学硕士学位论文1.2.2 研究方案针对本文拟解决的科学问题，以新不列颠海沟的 3 个表层沉积物（平行样）7 个插管沉积物和 1 个柱状沉积物作为研究对象，通过地球化学、矿物学等方法对海沟两侧及轴部的沉积物进行对比，探讨新不列颠海沟不同深度与地理位置上的沉积物以及新几内亚地区的物质来源、搬运及堆积过程，以求了解新不列颠海沟的沉积物特征和新不列颠海沟的物质迁移，同时对比三个不同类型的海沟，研究它们之间的沉积特征异同点，并时间尺度上探讨新不列颠海沟末次冰消期以来的物质来源演变及其古环境变化（图 1-3）。

【相似文献】