伶仃洋ZK19孔全新統(tǒng)有機物δ13C和C/N值特征及東亞季風演變記錄*

陶慧，王建華，陳慧嫻，瓦西拉里，吳加學

(1.中山大學地球科學與工程學院∥廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點實驗室， 廣東 廣州510275； 2.中山大學海洋科學學院，廣東 廣州510275； 3.南方海洋科學與工程廣東省實驗室，廣東 珠海519000)

東亞季風(EAM)是亞洲大陸和太平洋、印度洋因受熱不均導致能量差異而形成的海陸間季風環(huán)流。目前，EAM在全球、區(qū)域水文和能源循環(huán)中發(fā)揮著重要作用，全球近60%人口的生產(chǎn)、生活受亞洲季風的影響。因此，更好地研究EAM演變過程，可以為準確預測未來環(huán)境、氣候演化提供參考依據(jù)。前人已經(jīng)成功運用冰芯、石筍、黃土、湖泊沉積物、泥炭沼澤等地質(zhì)載體用于全新世EAM的研究，中國中部和華北地區(qū)黃土等記錄[1]顯示東亞夏季風在中全新世最強、早全新世次之，而晚全新世最弱，研究結論較為統(tǒng)一。而中國南方地區(qū)的石筍δ18O和湖泊孢粉記錄顯示中、晚全新世降水呈逐漸下降的趨勢，早全新世為整個全新世季風最強還是逐漸增強的結論并未取得普遍共識。

近幾十年來，C/N比值和δ13C作為有機質(zhì)判別、古環(huán)境古氣候演變的重要代用指標，在國內(nèi)外研究中得廣泛應用[2-9]。Zong等[5]和Yu等[6-7]將有機碳氮作為東亞季風研究指標，認為河口沉積區(qū)中δ13C可以作為淡水徑流量(季風降水)變化的指標，其中，Yu等[6]認為，珠江河口沉積物主要有機質(zhì)來源于河流、海洋和河口自生。這3種主要的有機質(zhì)來源在河口沉積物的占比受到季風降水引起的徑流輸入強度控制的[8]。在強夏季風期間，強降水會使大量的淡水流入河口，并為河口區(qū)帶來豐富的陸源有機質(zhì)，即河口沉積物中陸源有機物的比例較高；而弱夏季風(強冬季風)期，較低的淡水輸入，使陸源有機質(zhì)相比海洋/微咸水有機質(zhì)占比較低。因此，可以通過研究珠江河口沉積物中有機物源不同階段的分布情況，來重建因東亞夏季風引起的淡水輸入量變化，從而重建東亞季風的演變過程[5,6,8]。張偉強等[10]和丁平等[11]曾對有機碳氮重建珠江三角洲地區(qū)古氣候做過初步探索，趙信文等[12-13]也用此研究方法探究珠江三角洲的古環(huán)境演變。EAM系統(tǒng)受到外部和內(nèi)部因素的驅(qū)動，這些因素包括:萬年尺度的地球軌道參數(shù)變化；千年尺度的太陽驅(qū)動力、百年尺度的高緯度冷事件；幾十年尺度的低緯度厄爾尼諾事件等。

到目前為止，無論地質(zhì)記錄，還是考古、歷史文獻資料，全新世古季風記錄多數(shù)來自中國中部和北部地區(qū)，南方低緯度地區(qū)高分辨率全新世古季風記錄并不多。本文通過對有可靠年代控制的珠江口伶仃洋海區(qū)ZK19鉆孔全新世沉積物進行較高分辨率的有機碳氮、δ13C等研究，試圖探討中國南方熱帶-亞熱帶地區(qū)全新世東亞季風演變過程，為深入理解東亞季風區(qū)全新世氣候變化的過程和機制提供新的證據(jù)。

1 樣品與測試方法

ZK19孔位于珠江口伶仃洋海域西灘(22°23′N、113°42′E，圖1)，孔口標高-5 m，鉆取深度72.7 m，巖芯長62.6 m，取芯率達95%，開孔后進行描述、拍照、取樣，樣品在冰箱中冷凍保存。據(jù)本項目課題組瓦西拉里等[14]的研究，該孔61.6 m以上系晚第四紀沉積物，其中0～40.8 m系全新統(tǒng)地層，但35～40.8 m層段沉積物受到上更新統(tǒng)頂部花斑粘土層影響較為嚴重，本研究取鉆孔35 m以上的全新世沉積物進行分析。根據(jù)鉆孔沉積物巖性、元素地球化學、粒度和古生物等特點，對ZK19孔0～35 m全新統(tǒng)沉積地層進行了劃分(圖2)[14]，早全新統(tǒng)(35.0～16.4 m)主要是濱海潮灘相-河口灣淺灘相-河口灣相，以深灰色粘土質(zhì)粉砂-粉砂質(zhì)粘土為主，自下而上出現(xiàn)多處含生物碎屑的細砂薄夾層，底部為黃灰色-深灰色中粗砂，含滯留礫石；晚全新統(tǒng)(16.4～0 m)主要是河口灣相-三角洲前緣斜坡相-三角洲前緣淺灘相，以深灰色粘土質(zhì)粉砂-粉砂質(zhì)粘土為主，早期沉積物中含較多有孔蟲和生物碎屑，隨后逐漸減少。

圖1 ZK19鉆孔位置Fig.1 Location of core ZK19

AMS14C、粒度和CaCO3分析方法詳見文獻[14]。從鉆孔中按20 cm間隔取176個樣品進行TOC、TN、C/N和δ13C分析，取樣過程中盡量采集原生沉積樣品，避免次生結核等干擾。取約2 g樣品放入離心管中，加100 mL的φ=5%HCl，靜置8 h以上，然后反復加入去離子水將樣品沖洗至中性，>再50 ℃烘干2～3 d，研磨至過150目篩供TOC、TN、C/N和δ13C分析。取10～45 mg預處理后樣品，在中山大學測試中心無機與元素分析實驗室，用Vario EL cube型有機元素分析儀測定TOC、TN含量，TOC、TN分析精度為0.1%；取3～7 mg預處理后樣品在中山大學地球科學與工程學院同位素測試中心穩(wěn)定同位素質(zhì)譜實驗室，利用MAT-253氣體同位素比值質(zhì)譜儀測定δ13C值，δ13C分析精度小于0.2‰(1σ)，測定結果為相對國際標準VPDB的千分位值。

2 結 果

2.1 鉆孔年代框架

鉆孔全新世AMS14C測年數(shù)據(jù)詳見表1。4個層位存在年代倒置現(xiàn)象，可能受到水下沉積物再搬運、樣品處理等因素的干擾，明顯偏離回歸曲線，故用余下的10個有效的AMS14C測年數(shù)據(jù)建立鉆孔年代-深度模型(圖3)，可將鉆孔全新世沉積(0～35 m)可劃分為早全新世(35.0～16.4 m，10.6～8.0 cal ka BP)和晚全新世(16.4～0 m，3.2～0 cal ka BP)兩階段沉積，平均沉積速率分別為7.02 mm/a和5.15 mm/a，其間存在中全新世8.0～3.2 cal ka BP的沉積缺失。在河口三角洲地區(qū)，全新世地層沉積間斷、地層錯動及沉積后再受侵蝕等情況經(jīng)常出現(xiàn)[15]。鉆孔缺失中全新世沉積，推測由于此階段大面積海侵，珠江河流侵蝕基準面抬升，河流的地質(zhì)作用減弱，導致研究區(qū)接受伶仃洋西側(cè)主要輸沙口門的沉積物輸入量減少[16]，使研究區(qū)沉積速率偏低，水下侵蝕加強所致。前人也研究發(fā)現(xiàn)在中全新世珠江三角洲地區(qū)因大面積海侵導致沉積速率低的情況[17-18]。在大面積海侵導致河口輸沙量減弱的同時，深入陸地的古伶仃洋河口潮流作用在中全新世進一步加強[19-20]，因潮汐作用加強，潮道側(cè)向遷移加劇。位于伶仃洋水道西側(cè)的研究鉆孔因潮道的側(cè)向遷移加劇，侵蝕了沉積物使中全新世沉積物缺失。

表1 ZK19孔AMS14C全新世測年結果Table 1 AMS14C dating data of Holocene sediments in core ZK19

1)校正年齡加*的是棄用測年數(shù)據(jù)，不加入回歸曲線統(tǒng)計中

圖2 ZK19孔全新世沉積物TOC、TN、C/N、δ13C和CaCO3變化Fig.2 Variations of TOC, TN, C/N, δ13C and CaCO3of the sediments in core ZK19

圖3 ZK19孔全新世年代-深度序列Fig.3 Age-depth sequence of Holocene sediments in core ZK19

2.2 鉆孔有機指標數(shù)值分布

TOC、TN、C/N、δ13C和CaCO3隨深度變化曲線見圖2，根據(jù)有機地球化學指標變化特點，將鉆孔ZK19沉積自下而上劃分為7段(Ⅶ-Ⅰ)，其中Ⅶ-Ⅳ段(35.0～16.4 m)屬早全新世，Ⅲ-Ⅰ段(16.4～0 m)屬晚全新世。結果顯示TOC、TN、CaCO3含量隨著鉆孔深度增加變化明顯，趨勢相近；C/N比值在早全新世沉積層自下而上緩慢增大，晚全新世沉積層向上緩慢減少；δ13C值在早全新世波動較小，晚全新世隨著深度減少而逐漸偏正，平均值分別為-27.8‰和-24.9‰。

Ⅶ段：10.6～10.5 cal ka BP(35.0～33.5 m)。此段TOC、TN含量在整個鉆孔中較低(小于鉆孔平均值)，波動明顯；C/N比值(2.6～11.9，平均值8.3)含量最低，但自下而上呈增長趨勢；δ13C含量(-28.3‰～-23.3‰)波動較大，平均值為-26.6‰；CaCO3含量自下(5.6%)而上(12.5%)明顯增加。

Ⅵ段：10.5～10.3 cal ka BP(33.5～30.8 m)。此段TOC、TN含量小于鉆孔平均值，仍明顯波動；C/N比值和δ13C含量波動減緩，平均值分別為9.1‰和-27.8‰；CaCO3含量出現(xiàn)波動。

Ⅴ段：10.3～9.2 cal ka BP(30.8～21.6 m)。此段TOC、TN含量較Ⅰ、Ⅱ段顯著增加，但含量自下而上逐漸減少；而C/N比值卻逐漸增加，平均值為10.9；δ13C含量較Ⅰ、Ⅱ段波動較小，平均值為-28.0‰；CaCO3含量圍繞全新世沉積中含量平均值(10.3%)左右波動。

Ⅳ段：9.2～8.0 cal ka BP(21.6～16.4 m)。此段TOC含量、TN含量、C/N比值及δ13C含量變化趨勢與Ⅲ段較一致，但TOC、TN整體含量比Ⅲ段少，C/N和δ13C平均值(11.6‰和-27.8‰)與Ⅲ段相近；CaCO3含量整體小于全新世沉積中的平均值。

Ⅲ段：3.2～1.5 cal ka BP(16.4～9.8 m)。此段TOC和TN變化趨勢相同，自下而上含量波動增加；而C/N比值卻逐漸減少，平均值為10.8；δ13C含量較早全新世明顯增加，平均值為-27.2‰；CaCO3含量整體大于全新世沉積中的平均值。

Ⅱ段：1.5～0.5 cal ka BP(9.8～4.8 m)。此段TOC和TN含量自下而上遞減；C/N比值保持Ⅴ段的遞減趨勢(平均值為10.2)；δ13C含量較Ⅴ段進一步增加，且增速較快，平均值為-24.2‰；CaCO3含量較Ⅴ段減少，自下而上呈遞減趨勢。

Ⅰ段：0.5～0 cal ka BP(4.8～0 m)。此段TOC和TN含量變化趨勢與Ⅵ段趨同，但含量更低；C/N比值較Ⅵ段增加(平均值11.1)，自下而上遞增；δ13C含量(平均值-22.8‰)較Ⅵ段進一步增加，但增長趨勢減緩；CaCO3含量變化趨勢延續(xù)Ⅵ段，但含量更低。

因沉積物中TOC、TN值變化趨勢與沉積物粉砂含量趨勢相近，表明TOC、TN值受粒度影響較大(圖2)，所以，本文有機地球化學研究主要依據(jù)受粒度影響較小的δ13C含量和C/N比值。

3 討 論

3.1 有機物來源

在河口區(qū)，沉積物中有機質(zhì)主要源于陸地、河口自生和海洋[5]。由于有機質(zhì)產(chǎn)生的環(huán)境不同，其陸源和海源的有機質(zhì)δ13C值和C/N值明顯存在差異，當有機物源主要以陸源C3植物和C3植物淡水藻類為主，δ13C值偏負，C/N值偏大；而當有機物源中海洋物源含量和陸源C4植物、C4植物淡水藻類增加時，δ13C值明顯偏正，C/N值偏小(如圖4)，沉積物中δ13C值除了受到不同類型植物影響外，還受到氣候因素影響，可以利用這些差異來區(qū)分不同來源的有機質(zhì)。Lamb等[9]通過研究大量海岸帶沉積物，總結出海岸帶不同有機質(zhì)來源δ13C-C/N值分布范圍，本研究在此基礎上結合來源于珠江三角洲地區(qū)的不同表層沉積物數(shù)據(jù)(植被和土壤)[4,7]，整合更符合本研究區(qū)的有機質(zhì)δ13C和C/N分布范圍(圖4)，將鉆孔不同沉積階段進行投圖判別物源(圖4)，恢復研究區(qū)不同歷史時期陸源和海源有機質(zhì)的輸入情況，進一步判定δ13C值受植被變化和季風降水的影響程度。

圖4 ZK19孔全新世沉積物δ13C-C/N值分布在不同物源區(qū)圖(據(jù)文獻[9])Fig.4 Distribution ofδ13C and C/N of the core ZK19 Holocene sediments in the correlation plots of different organic sources

早全新世(Ⅶ-Ⅳ段，10.6～8.0 cal ka BP)除了Ⅶ段δ13C值和C/N值落在細菌區(qū)之外，大部分δ13C值和C/N值落在淡水藻、淡水POC(顆粒有機碳)和C3植物混合區(qū)域之間(圖4)。根據(jù)前人研究，此鉆孔在早全新世沉積層底部存在風化層[14]，Zhan等[21]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過成土作用的鉆孔沉積物明顯受到細菌分解作用，所以，本研究鉆孔早全新世初期Ⅶ段沉積物明顯受到來自于上更新統(tǒng)頂部風化層物質(zhì)的影響。早全新世沉積Ⅵ-Ⅳ段δ13C均值為-27.79‰，偏負且相對穩(wěn)定，C/N值逐漸變大，但總體波動不大(圖2)。偏負的δ13C值和C/N值共同指示，早全新世輸入研究區(qū)的主要物源為C3植物(如亞熱帶樹林、水稻和蘆葦?shù)?、淡水藻類和淡水顆粒有機物。由圖4可知，早全新世早期δ13C值和C/N值指示C3植物接近水稻和蘆葦(圖4 A4)，但水稻屬于常見農(nóng)作物[4,7]，而本鉆孔研究的早全新世(8.0～10.6 cal ka BP)還未出現(xiàn)農(nóng)耕活動[22]，物源不會出現(xiàn)水稻。所以，研究鉆孔早全新世陸源有機質(zhì)主要來自于天然森林土壤(圖4 B4)，此外，還可能在三角洲陸地發(fā)育有較多的喜濕的淡水沼澤蘆葦。前人研究表明珠江三角洲表層土壤混有C3和C4植物，但珠江三角洲主要以C3自然植物為主，C4自然植物含量很少，且森林表層土壤沉積物中的δ13C值和C/N值主要由森林(C3植物)控制的[6]，即早全新世沉積有機物源主要以亞熱帶森林(C3植物)及沼澤蘆葦為主，C4自然植被影響小。綜上所述，本鉆孔早全新世沉積主要的有機物源主要是陸源物質(zhì)，陸源物質(zhì)又以C3植物亞熱帶森林為主，還有少量淡水藻類和淡水POC。

晚全新世(Ⅲ-Ⅰ段，3.2～0 cal ka BP)鉆孔沉積物δ13C值從Ⅲ段-27.2‰逐漸增大到Ⅰ段-22.8‰，C/N值先減后增(圖2)。根據(jù)圖4，鉆孔晚全新世Ⅲ段δ13C-C/N值指示此段有機質(zhì)主要仍是陸源物質(zhì)(以C3植物為主)，但相比早全新世，此階段δ13C值逐漸偏正，說明晚全新世研究區(qū)陸源有機質(zhì)的輸入量開始減少；Ⅱ-Ⅰ段(1.5～0 cal ka BP)中C/N值持續(xù)減小，δ13C值顯著偏正，但并非表示有機物源中海洋物質(zhì)逐漸增多，因為此階段研究區(qū)海平面基本保持穩(wěn)定，且三角洲不斷向海向加速前積，河口不斷逼近研究區(qū)域，有機質(zhì)應該仍然主要為陸源。海洋物質(zhì)指示標志之一的CaCO3含量也逐漸減少，表征海洋物質(zhì)輸入的影響逐漸減小。如此，δ13C值的偏正應該主要由輸入研究區(qū)的植被類型變化引起。前人研究表明，珠江三角洲地區(qū)2000年以來人類圍墾、農(nóng)業(yè)種植等活動顯著增加，圍墾生長C4草類灘涂導致水土流失，同時農(nóng)作物中C4植物明顯增加[4,6-7]，使得在近1500年以來鉆孔有機質(zhì)中C4植被相對含量增加，C3植物含量減少，造成鉆孔Ⅱ-Ⅰ段δ13C值顯著偏正。圖4中Ⅱ-Ⅰ段δ13C-C/N值指示有機物源分析，Ⅱ段更接近珠江三角洲表層含有C4草類的河岸土壤(B3)、紅樹林土壤(B2)，Ⅰ段更接近農(nóng)業(yè)土壤(B1)，也進一步說明晚全新世1.5～0 cal ka BP以來鉆孔有機質(zhì)物源開始逐漸接受含有C4植被的有機物源。所以，晚全新世早期，研究區(qū)陸源受自然環(huán)境變化影響，來自珠江上游流域森林土壤的有機質(zhì)輸入開始減少，其后，近1 500年(Ⅱ-Ⅰ段)以來，輸入的陸源物質(zhì)中三角洲本地C4植被比例增加，人類活動開始影響研究區(qū)有機質(zhì)物源輸入，近500年以來(Ⅰ段)受人類農(nóng)業(yè)影響更顯著。

3.2 全新世東亞季風變化情況

綜上，鉆孔δ13C值和C/N值指示了研究區(qū)早、晚全新世沉積物源的變化，進一步反映珠江河口區(qū)在全新世海平面波動的基礎上，東亞夏季風降水帶來淡水注入量的變化。本文通過研究鉆孔早、晚全新世淡水注入量強弱，探討珠江河口區(qū)早、晚全新世季風變化情況。

3.2.1 早全新世早全新世(Ⅶ-Ⅳ段，10.6～8.0 cal ka BP) δ13C值相對穩(wěn)定但遠低于全新統(tǒng)平均值(-26.5‰)、C/N值大于平均值緩慢增大(圖5 a、b)，物源分析可知，早全新世主要物源是C3為主的陸源物質(zhì)(圖4)。前人研究表明，研究區(qū)沉積物源受到海平面的變化、三角洲進積作用和淡水徑流量的變化的影響[6]。研究區(qū)在經(jīng)歷LMG(末次盛冰期)后處于下切河谷區(qū)，因此，早全新世初期(約10.6 cal ka BP)已經(jīng)開始接受海侵[23]，海水影響局限在下切河谷內(nèi)，周邊仍為陸地，此后海平面開始快速上升[24]，但研究區(qū)周邊早全新世時的水動力主要以河流作用為主[25,26]。所以，在早全新世Ⅶ-Ⅴ段研究區(qū)物源輸入主要由淡水徑流帶來的。約9.2 cal ka BP后(Ⅳ段)海水漫出下切河谷，開始淹沒伶仃洋LMG形成的侵蝕風化面，本鉆孔沉積物的有機物(見圖2)以及微量元素、粒度特征等指標[14]對此有明顯響應。隨著海平面上升，海岸線向陸地推進，整個河口系統(tǒng)和沉積中心向陸地方向移動[25-26]，但是鉆孔δ13C含量基本維持穩(wěn)定(-27.8‰左右)，且物源分析可知早全新世海侵沒有給研究區(qū)帶來大量的海洋物質(zhì)輸入。所以，早全新世研究區(qū)對物源起決定性作用是淡水徑流輸入量。δ13C含量指示早全新世研究區(qū)接受大量淡水徑流輸入，且輸入強度在9.2 cal ka BP后進一步增強，C/N值平均值為10.61也更接近陸源[6]，所有指標都表明研究區(qū)早全新世有強陸源物質(zhì)輸入，表明早全新世東亞夏季風帶來的強降水在此階段不斷增強。

根據(jù)前人對本鉆孔元素地球化學研究結果[14]，古鹽度替代性指標Sr/Ba值在本鉆孔早全新統(tǒng)中基本小于平均值(圖5 c)，反映沉積區(qū)在此階段古鹽度較小，在海平面不斷上升的早全新世，強東亞夏季風來帶的強淡水徑流輸入，導致沉積物古鹽度較低。與沉積物形成時氣候環(huán)境下降水密切相關的化學風化指數(shù)CIA(圖5 d)值不斷增大，CaCO3含量逐漸減少(圖2)也進一步論證早全新世研究區(qū)季風降水增加，東亞夏季風不斷增強。

3.2.2 晚全新世晚全新世(Ⅲ-Ⅰ段，3.2～0 cal ka BP) δ13C值逐漸增大，C/N值則緩慢遞減后增大(圖5 a、b)，珠江河口區(qū)6.8 cal ka BP海平面已經(jīng)到達現(xiàn)在高度，此后海平面一直保持相對穩(wěn)定[14]。所以，晚全新世研究區(qū)海平面變化對δ13C值的影響相對較少。隨著約8.0 cal ka BP開始，珠江河口海平面上升速率下降，現(xiàn)代三角洲開始建造，雖然6.8 cal ka BP以來海平面相對穩(wěn)定，但珠江三角洲海岸線持續(xù)向海推進[26]。一般上，三角洲加積作用應導致研究區(qū)接受更多陸源物質(zhì)，但圖5顯示研究區(qū)晚全新世沉積物δ13C值快速增大，C/N值減小，其中Ⅲ段(3.2～1.5 cal ka BP)δ13C、C/N值表明陸源輸入物質(zhì)占比反而開始減少，說明三角洲進積作用對研究區(qū)有機物來源影響不顯著，淡水徑流量的變化依然是此階段δ13C值、C/N值變化的主導因素，而研究區(qū)東亞夏季風降水不斷減弱是這些變化的主因。在Ⅱ-Ⅰ段(1.5～0 cal ka BP)，C/N值持續(xù)減小，δ13C值明顯偏正加大，表明其變化主要受到人類農(nóng)耕活動、三角洲濕地面積增大，使C4植被含量增加的影響，對于東亞夏季降水的影響反映較弱。前人研究也表明，珠江河口區(qū)約2.0 cal ka BP開始受人類活動影響，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活垃圾和工業(yè)污染都會使河口區(qū)沉積物δ13C值變大[4,7]。尤其是近500年來，δ13C和C/N值顯著的異常增加，表明研究區(qū)受人類影響顯著。珠江河口區(qū)近500年來開始接納大量遷入農(nóng)業(yè)人口[22]，農(nóng)耕、工業(yè)生產(chǎn)活動更加頻繁，明清以后盛行基塘生產(chǎn)[22]，甘蔗(C4植物，δ13C值為-12.7‰)種植面積擴大，甘蔗等有機碳的輸入明顯提高了研究區(qū)沉積物中δ13C值[22]。

圖5 ZK19孔全新世沉積物δ13C值、C/N值、Sr/Ba值和CIA隨時間變化曲線(c、d曲線數(shù)據(jù)源據(jù)文獻[14])Fig.5 Variations ofδ13C，C/N，Sr/Ba and CIA of the sediments in core ZK19(c，d data from reference[14])

研究鉆孔的古鹽度替代性指標Sr/Ba值(圖5 c)、CaCO3含量(圖2)在Ⅲ段相比早全新世增大，也進一步支持了晚全新世鉆孔區(qū)淡水徑流量輸入的沉積物不斷減少，東亞夏季風不斷減弱的結論。此外，近500年來，隨著陸源有機質(zhì)(TOC、TN等)的輸入不斷減少，Sr/Ba值、CIA值、CaCO3含量均顯示陸源礦物碎屑物質(zhì)不斷增多，反映了人類活動強烈干擾，珠江流域土壤侵蝕流失有不斷加劇的趨勢。

3.3 季風驅(qū)動因素

軌道驅(qū)動力(尤其是歲差周期)變化引起的太陽輻照強度的變化，是全新世東亞夏季風的主控因素，在低緯地區(qū)其影響更為顯著[27-31]。研究區(qū)位于低緯地區(qū)，在歲差周期的控制下，北半球25°N太陽輻射約在11 ka BP前后達到全新世最高值[28,32](圖6e)，較強的太陽輻射驅(qū)動熱帶輻合帶(ITCZ)和副熱帶鋒面季風降水帶同時向北推移，帶去豐富的熱量和水汽，導致北半球的降雨增加，溫度升高；中晚全新世太陽輻射量后逐漸降低(圖6e)，ITCZ的位置逐漸向南移動，季風強度減弱。東亞夏季風的變化影響降水量從而導致研究區(qū)淡水徑流量的變化(圖6 a和e)[28,32]。歲差對東亞季風的影響其他許多指標也給予支持，例如相鄰地區(qū)湖光巖瑪珥湖中有機質(zhì)含量(圖6 c)[33-34]和孢粉研究[35]，江西大湖有機質(zhì)含量的記錄[35]以及中國南方董歌洞石筍記錄(圖6 b)[35]，還有中國北方沙漠或黃土[38]和中國中部黃土[28,39]的孢粉記錄等。而研究區(qū)與格陵蘭GISP2冰芯之間全新世氣候變化趨勢的差異性可能與它們所處的緯度位置有關(圖6 a和d)。

圖6 ZK19全新統(tǒng)δ13C與其他地區(qū)氣候代用指標變化的對比 a：ZK19孔全新統(tǒng)δ13C曲線；b：董歌洞D4石筍全新世δ18O曲線[37]；c：廣東湛江湖光巖瑪珥湖沉積TOC含量[34]； d：GISP2全新統(tǒng)δ18O曲線[43]；e：25°N夏季太陽輻射量曲線[37]Fig.6 The comparison between δ13C of ZK19 and climatic proxies in other regions

太陽活動是東亞季風在千年尺度上變化的控制因素[6,40]。鉆孔δ13C頻譜分析1 763 a，207 a和192 a周期通過了80%、90%的紅噪聲檢驗水平(圖7)，與全新世太陽活動的1 500～1 600 a、206～220 a氣候震蕩周期相對應[41-42]，相似的氣候波動周期表明太陽活動控制研究區(qū)東亞季風在千年-百年尺度上變化。Yu等[6]研究珠江河口區(qū)UV1鉆孔，通過δ13C頻譜分析也發(fā)現(xiàn)，全新世以來珠江河口區(qū)氣候變化周期由太陽活動主導。

圖7 ZK19孔全新統(tǒng)沉積物δ13C頻譜分析Fig.7 Spectral analysis ofδ13C of Holocene sediments in borehole ZK19

4 結 論

1) 珠江口伶仃洋海域ZK19孔0～35 m全新統(tǒng)地層主要以河口灣相-三角洲前緣相為主，沉積環(huán)境相對穩(wěn)定。全新世初期以來研究區(qū)開始接受海侵，中全新世后海侵范圍擴大至整個三角洲盆地，研究區(qū)沉積速率偏低，潮流作用加強，潮道的側(cè)向遷移侵蝕了沉積物，使中全新世沉積物缺失。

2) δ13C和C/N值可以有效指示有機質(zhì)物源和源區(qū)植被類型，珠江河口區(qū)早全新世(10.6～8.0 cal ka BP)有機物源主要是陸源物質(zhì)，以C3植物亞熱帶森林為主，含有少量淡水藻類和淡水POC；晚全新世(3.2～0 cal ka BP)早期陸源物質(zhì)輸入逐漸減少，但1.5 cal ka BP以來δ13C數(shù)值逐漸受到人類活動影響，有機物源中C4植被含量明顯增加，近500年來人類影響加劇，反映了珠江流域和三角洲地區(qū)農(nóng)耕活動的歷史演變。

3) 本研究中珠江河口沉積物中δ13C值可以作為東亞季風降水帶來的淡水徑流量變化的良好指標。早全新世東亞夏季風不斷增強，晚全新世東亞夏季風持續(xù)減弱。在早、晚全新世東亞季風整體變化趨勢上，千年氣候波動周期主要為1 763 a，百年尺度周期為207和192 a。

4) 珠江流域早、晚全新世東亞夏季風變化趨勢主要是與歲差相關的北半球日照量在全新世逐漸增強后又逐漸減弱引起的，主要是受太陽活動強弱變化和波動周期影響。