北大西洋45°N區(qū)氧同位素3期以來上層水體性質(zhì)的變化

葉孝賢，HarunurRashid

上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306

北大西洋中緯度海域（40°～55°N）是北大西洋亞極地環(huán)流圈和亞熱帶環(huán)流圈相互作用的地帶，是低溫低鹽的亞極地水和高溫高鹽的北大西洋暖流這兩種不同性質(zhì)水團的匯集地[1]。夏季北大西洋暖流向北增強，上層水體被亞熱帶溫暖和貧營養(yǎng)水團所覆蓋，導(dǎo)致水體分層和混合層變薄[2]。研究表明，冰期極地冷水從現(xiàn)代位置擴張至中緯度海域，洋流體系向南和向東移動，亞極地環(huán)流圈增強[3]。該現(xiàn)象歸因于北大西洋周圍冰蓋的反復(fù)崩塌，產(chǎn)生大量融水，最終削弱北大西洋深層水的形成[4-5]。但是，目前對這些變化在北大西洋冰筏碎屑（Ice-rafted detritus，IRD）帶內(nèi)的影響程度仍不太清楚，有必要進行更深入的研究。

冷暖氣候突變的Dansgaard-Oeschger事件（D-O事件）引發(fā)了末次冰期以來千年尺度氣候變化的研究熱潮[6-7]。格陵蘭冰芯的研究最先報道了D-O事件，該事件還出現(xiàn)在許多全球氣候記錄中，如湖泊、洞穴、海洋沉積物[8-9]。Heinrich事件和D-O事件并不是兩個孤立的氣候演變過程，Heinrich事件發(fā)生在D-O事件的最冷格陵蘭冰階（Greenland Stadial），期間釋放大量融水和碎屑，這些碎屑大多來自更新世晚期的北美勞倫泰冰蓋[8,10-11]。通過北大西洋的IRD異常增加可以識別出Heinrich層，證實了冰蓋的不穩(wěn)定性和深層環(huán)流的減弱，導(dǎo)致北大西洋周圍的氣候極為寒冷[12-13]。

了解過去海洋表層溫度（sea-surface temperature，SST）的變化對理解現(xiàn)代和過去海洋表層環(huán)流起著至關(guān)重要的作用。浮游有孔蟲作為水體環(huán)境信息的載體，其分布受SST、鹽度、營養(yǎng)鹽等影響[2,14-15]。人們一直對使用浮游有孔蟲的分布、相對豐度和穩(wěn)定同位素（δ13C和δ18O）等方法探究上層水團變化十分感興趣。CLIMAP（Climate Long-Range Investigation,Mapping and Prediction）首先利用浮游有孔蟲轉(zhuǎn)換函數(shù)評估了北大西洋末次冰盛期（Last Glacial Maximum，LGM）的SST[16-17]。Ruddiman和McIntyre[18-19]結(jié)合δ18O和有孔蟲組合，重建了末次冰期上層水團性質(zhì)特征和表層環(huán)流變化。Pflaumann等[20]改進了浮游有孔蟲組合數(shù)據(jù)庫，使有孔蟲組合與SST具有更好的相關(guān)性，后被用于LGM表層水團和環(huán)流的評估[21]。Rashid和Boyle[22]研究IRD帶南緣代表不同棲息深度的3種浮游有孔蟲δ18O，評估了Heinrich事件期間上層水體的混合程度。然而，他們并未將有孔蟲組合與δ18O結(jié)合在一起，對上層水團變化的了解并不充分[22-23]。此外，尚不清楚兩種主要浮游有孔蟲Neogloboquadrina incompta（N.incompta）和Neogloboquadrina pachyderma（N.pachyderma）的δ13C和δ18O之間的關(guān)系受上層水團變化的影響程度[24-25]。

本研究以Hu71022航次在北大西洋中脊45°N區(qū)采集的巖心Hu71-377為研究對象，旨在通過IRD、浮游有孔蟲組合、δ18O和δ13C來探討氧同位素3期（marineisotope stage，MIS3）以來北大西洋45°N區(qū)的上層水文環(huán)境變化。本研究還結(jié)合大洋鉆探計劃DSDP609[8]站位（Deep Sea Drilling Project）和格陵蘭冰芯NGRIP[7]（North Greenland Ice Core Project）的古海洋學(xué)記錄，建立了Hu71-377年齡模型，為重建45°N區(qū)古海洋環(huán)境提供重要依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本次研究樣品來自Hu71022航次獲取的巖心Hu71-377（45.3181oN、27.2561oW，長11.5 m，水 深2631 m）。該巖心位于IRD帶內(nèi)（圖1）[26]，保存完好且不存在沉積間斷。Scott等[27]曾對該巖心進行間隔10cm取樣的分辨率研究，獲得117個樣品。后來，又在幾個深度間隔補采了30個新樣品以提高分辨率，共計147個樣品。研究主要集中在巖心0 ～650cm深度區(qū)間，僅使用83個樣品進行分析。

圖1 北大西洋Hu71-377與相關(guān)巖心[8,28-29]的位置以及洋流和SST分布NAC—北大西洋暖流，LC—拉布拉多寒流，EGC—東格陵蘭流，WGC—西格陵蘭流，白色陰影表示IRD帶。數(shù)據(jù)來源于World Ocean Atlas 18，由Ocean Data View繪制。Fig.1 Location map for Core Hu71-377 and related cores[8,28-29]and the distribution of currents and SST in the North AtlanticNAC—North Atlantic Current,LC—Labrador Current,EGC—East Greenland Current,WGC—West Greenland Current,white shade indicates the IRD belt.Data were download from World Ocean Atlas 18 and plotted by Ocean Data View.

1.2 方法

采集的樣品首先在室溫下浸泡24 h，直至樣品在水中完全分散，再采用63 μm的篩子進行濕篩。用濾紙收集篩網(wǎng)中大于63 μm粒徑的樣品，放入60 ℃的烘箱中干燥24 h備用。

IRD鑒別及其含量：IRD是由浮冰攜帶的粗碎屑顆粒，當浮冰融化時，粗碎屑顆粒被釋放到海水中并沿水柱沉降至海底；IRD含量可用來提供冰山數(shù)量、分布、冰川侵蝕和水溫等信息。本研究IRD鑒別采用最常見和最直接的方法：對＞150 μm粗碎屑顆粒（表面有尖銳棱角）進行計數(shù)[30]。

浮游有孔蟲鑒定與相對豐度統(tǒng)計：篩出＞150 μm粒徑樣品，并在分樣器上進行縮分。7 ～ 8次縮分后將樣品均勻灑在9×9網(wǎng)格的黑底托盤上，放在雙目顯微鏡下觀察并統(tǒng)計完整殼壁的有孔蟲總數(shù)，當確定有孔蟲總數(shù)超過300且小于600個時，進行浮游有孔蟲鑒定和統(tǒng)計；若有孔蟲總數(shù)不足300個或超過600個，則減少或增加1次縮分。此計數(shù)手段在海洋沉積學(xué)和古海洋學(xué)研究中是一種常用方法[8,22,31]，本研究中浮游有孔蟲鑒定參考Tolderlund和Bé[14]以及Schiebel和Hemleben[15]的方法。

δ18O、δ13C測試和殼體質(zhì)量：從150 ～ 250 μm樣品中分別挑選出20個表面無雜質(zhì)的N.pachyderma和N.incompta完整殼體。用Metler Toledo微量天平稱取這20個殼體總質(zhì)量，最后計算出單個殼體質(zhì)量。δ18O和δ13C測試在美國南佛羅里達大學(xué)地質(zhì)實驗室進行，使用配備Kiel Ⅲ碳酸鹽前處理裝置的Finnigan-MAT 252同位素質(zhì)譜儀來測定。δ18O和δ13C測試的標準偏差分別是0.07‰和0.04‰[32]。

AMS14C測年：進行AMS14C測試的有孔蟲包括N.pachyderma、Globigerina bulloides（G.bulloides）和Globorotalia inflata（G.inflata）。分別在巖心0 ～ 2cm、68.5 ～ 69.5cm、115 ～ 116cm、256 ～ 257cm和389 ～390cm的樣品中挑出殼體粒徑為 150 ～ 250 μm的完整有孔蟲殼體。每個樣品需400 ～ 500個有孔蟲殼體進行AMS14C測年，重6 ～ 8 mg。AMS14C測試在美國加利福尼亞大學(xué)歐文分校的W M Keck AMS實驗室完成。

2 結(jié)果

2.1 年齡模型

將表1中5個14C數(shù)據(jù)在MATLAB中運行Undatable[33]，并采用Marine20校正曲線[34]，將年齡模型控制在1.3至40.9 ka，即巖心0至390cm。Undatable中執(zhí)行“100000”仿真，得到的年齡-深度關(guān)系模型如圖2a所示，取平均值計算沉積速率（圖2b）。沉積速率在28.9 ～ 40.9 ka最高（13.2cm/ka），隨后逐漸降低并在1.3 ～ 12.9 ka降至最低（5.9cm/ka）（圖2b）。

表1 巖心Hu71-377 14C年齡及日歷年齡Table 1 14C Age and Calendar Age of the core Hu71-377

圖2 巖心Hu71-377深度-年齡模型（a）和沉積速率（b）Fig.2 The depth-age model（a）and sedimentation rates of core Hu71-377（b）

通過與格陵蘭冰芯NGRIP年代框架[7,35]和北大西洋深海沉積物中Heinrich層[36-37]對比，獲得40 ka以上的年齡且校正Hu71-377近50 ka以來的年齡模型[38-39]。綜合IRD、N.pachyderma豐度和δ18O值識別Hu71-377主要的Heinrich層（表2，圖3），Heinrich層有以下特征：（1）有豐富的碎屑碳酸鹽（IRD含量較高）；（2）N.pachyderma豐度增加和δ18O變輕[8,22]。據(jù)此標志特征，巖心Hu71-377和DSDP609中Heinrich 1、2和4沉積層具有相似的IRD、N.pachyderma豐度和δ18O變化特征。

表2 NGRIP冰芯、DSDP609巖心和Hu71-377巖心的Heinrich事件相關(guān)控制點Table 2 Heinrich events in the ice core NGRIP,core DSDP609 and core Hu71-377

綜上，Hu71-377的年齡模型如圖4所示，時間序列大致分為：0～90cm為MIS1（14.3 ka至現(xiàn)代，包括全新世10 ka至今[40]，對應(yīng)0 ～ 50cm）；91 本文針對濱海地區(qū)地下咸水的來源和演化問題，以江蘇鹽城為研究區(qū)，通過水化學(xué)，同位素的方法，對研究區(qū)的地下水做了大量現(xiàn)場調(diào)查和分析研究工作，具有一定的理論意義和應(yīng)用價值。本次修改在之前的提出的問題上做了較多改正，文章質(zhì)量具有提高，可刊用。 256cm為MIS2，對應(yīng)時間序列14.3 ～ 28.9 ka（LGM發(fā)生在19 ～ 26.5 ka[41]，對應(yīng)126 ～ 219cm）；MIS3期（28.9 ～ 51.3 ka）位于巖心257 ～ 650cm。參考Griem等[38]對MIS3期的劃分，本研究中MIS3期可劃分為暖期（本研究中為40 ～ 51.3 ka）和冷期（28.9 ～ 40 ka）。

2.2 IRD和浮游有孔蟲組合變化

Hu71-377的IRD含量變化很大，范圍為128～43552枚（圖4a）。MIS3期IRD含量最低，IRD峰值（＞10000枚）出現(xiàn)在Heinrich 5、Heinrich 4、37.6 ka、35.9 ka 和Heinrich 3。MIS2期IRD含量最高，IRD最大 值 出 現(xiàn) 在Heinrich 2。14.8 ka IRD峰 值 對應(yīng)Heinrich 1。MIS1以來IRD含量減少，無明顯峰值。

浮游有孔蟲主要由N.pachyderma、N.incompta、G.bulloides、G.inflata、Turborotalita quinqueloba（T.quinqueloba）組成，其中N.pachyderma最豐富（圖4b、4d-g）。全新世還有少量粉色和白色Globigerinoides ruber（G.ruber）。MIS3期N.incompta、G.bulloides和G.inflata豐度最高，在31～35 ka出現(xiàn)最大值35.84%、18.24%和27.53%；而N.pachyderma相對豐度較低，僅在Heinrich 4出現(xiàn)極大值。N.pachyderma在MIS2期逐漸增加，而N.incompta、G.bulloides和G.inflata相對豐度偏低。MIS1以來N.pachyderma和T.quinqueloba減少，N.incompta、G.bulloides和G.inflata相對豐度增加。

2.3 N.pachyderma和N.incompta的δ18O和δ13C

Hu71-377中N.pachyderma的δ18O為2.67‰ ～4.30‰，平均3.39‰（圖4h）。MIS3期δ18O偏輕，在Heinrich 4明顯變輕（2.80‰）。Heinrich 4后δ18O逐漸變重，至Heinrich 1前δ18O達到最大值（4.30‰），期間Heinrich 2有極小值（3.41‰）。Heinrich 1期間δ18O顯著變輕。在MIS1期δ18O偏輕，平均3.23‰。N.pachyderma和N.incompta的δ13C（分 別 用δ13CN.pachyderma和δ13CN.incompta表示）分別在–1.76 ～0.27‰和–0.89 ～ 0.57‰變化（圖4i、4j）。MIS3期δ13CN.incompta比δ13CN.pachyderma重，平均為0.18‰和?0.32‰。除17 ka有2個δ13CN.incompta異常低值外，MIS2和MIS1期δ13CN.incompta與δ13CN.pachyderma相似。所有Heinrich事件中，Heinrich 4和5期間顯示較大的δ13C差值，為0.65‰和0.80‰，而Heinrich 1和2期間δ13C差值接近零。

2.4 N.pachyderma和N.incompta殼體質(zhì)量

Hu71-377中N.pachyderma和N.incompta殼體質(zhì)量分別為5.47 ～ 12.70 μg/個和5.06 ～ 10.65 μg/個，平均值為8.89 μg/個和7.65 μg/個（圖4k、4l）。

35 ～ 51.3 ka和Heinrich 1期間N.incompta與N.pachyderma殼體質(zhì)量相同，其中N.pachyderma質(zhì)量在Heinrich 1期間增加34.6%。LGM和全新世N.incompta殼體質(zhì)量偏輕，N.pachyderma和N.incompta間的質(zhì)量差為3 μg/個（圖4k、4l）。

圖3 北大西洋Hu71-377巖心IRD、N.pachyderma相對豐度和δ18O指標與DSDP609巖心[36]和NGRIP冰芯[35]地層學(xué)對比以及SU9008巖心[28]相關(guān)指標Fig.3 IRD,relative abundance of N.pachyderma and δ18O in core Hu71-377 and their correlation with core DSDP609[36],ice core NGRIP[35] and core SU9008[28]

3 討論

3.1 Heinrich事件

圖4 北大西洋Hu71-377巖心IRD、有孔蟲相對豐度、δ18O和δ13C、殼體質(zhì)量等指標與巖心SO82_5-2[29] 和DSDP609[37]的δ18O和δ13C指標“?”表示巖心SO82_5-2中Heinrich 2的年齡模型存在不確定性，因為van Kreveld等[29]未對Heinrich 2有詳細定義，并且與其他Heinrich層相比，Heinrich 2中δ18O和δ13C特征不明顯。Fig.4 IRD,relative abundance of foraminifera,δ18O and δ13C,and weights of foraminifera in core Hu71-377 and their correlation with δ18O and δ13C from core SO82_5-2[29] and core DSDP609[37]“?”represents an uncertain age model of Heinrich 2 in core SO82_5-2,since van Kreveld et al.（2000） [29] did not provide detailed definition for Heinrich 2 and the δ18O and δ13C in Heinrich 2 in SO82_5-2 are not well correlated with other Heinrich layers

與北大西洋巖心DSDP609和SU9008數(shù)據(jù)對比，Hu71-377中IRD分布模式與北大西洋中緯度（40°～55°N）巖心[10,28,36]記錄相符（圖3）。巖心Hu71-377中識別了5個位于MIS3至MIS2期的Heinrich層，其中Heinrich 1、2和4 層都具有與IRD帶內(nèi)Heinrich層相一致的高IRD含量、高N.pachyderma豐度及輕δ18O特征。值得注意的是，Hu71-377中Heinrich 4期間δ18O減少了1.0‰，與北大西洋43°～50°N巖心中δ18O減少0.5‰ ～ 1.7‰相符[42]；但是Hu71-377中Heinrich 4層沒有與其他巖心一樣出現(xiàn)異常的IRD值，尚不清楚其具體原因。

研究表明，北大西洋東部巖心Heinrich 3層中缺少碎屑碳酸鹽記錄（IRD含量較低）[43]，而其他Heinrich層中都有明顯的IRD峰值特征，這與Hudson Strait釋放的冰山有關(guān)[10-11]。但是，在Hu71-377和DSDP609的IRD記錄中Heinrich 3層都有一個狹窄的IRD高峰，反映了Heinrich 3期間研究區(qū)發(fā)生短時間的冰蓋擴張。此外，與巖心SU9008[28]記錄相似，巖心Hu71-377中Heinrich 3層也沒有較高的N.pachyderma豐度特征，可能反映了Heinrich 3期間極地鋒在短時間內(nèi)南移至45°N。

Heinrich事件期間融水釋放使得δ18O變輕[22,44]，但Hu71-377中Heinrich 3和5層未觀察到與Heinrich 1、2和4層一樣的δ18O變化特征，一方面可能是低分辨率采樣所致（間隔5 ～ 10cm）；另一方面，與DSDP609相比，位于IRD帶西南位置的Hu71-377易受到亞熱帶環(huán)流圈和亞極地環(huán)流圈的交替影響。因為冰期亞熱帶環(huán)流圈和亞極地環(huán)流圈的南緣以及最大冰山融化帶[26]是變動的，它們在Heinrich期間沒有固定位置[31]。在Heinrich 1、2和4期間，Hu71-377站位受冰山融水的影響更強烈，而Heinrich 3和5期間可能有更多的暖水流入，從而減弱了冰山融水的影響，這是δ18O 在Heinrich 3和5期間與Heinrich 1、2和4期間變化不同的原因之一。在附近巖心SU9008中發(fā)現(xiàn)了相似的δ18O 差異，Missiaen等使用浮游有孔蟲組合報道了近45 ka以來SU9008站位的SST變化[45]，發(fā)現(xiàn)Heinrich 2和4開始時SST下降，隨后SST逐漸升高，表明北大西洋暖水在Heinrich 2和4后輸入SU9008站位。而Heinrich 3期間沒有明顯的SST變化，這意味著 Heinrich 3期間北大西洋暖水盛行。因此，SU9008站位Heinrich 3、5期間不同于Heinrich 2、4期間SST的變化可以歸因于Heinrich 3、5期間北大西洋暖流輸入，海表熱量增加，該現(xiàn)象可能同樣發(fā)生在Hu71-377站位。此外，通過比較巖心CH69-K09和CHN82-20中3種浮游有孔蟲G.bulloides（0 ～ 30m）、N.incompta（30 ～100m）和N.pachyderma（100 ～ 250m）的δ18O值，Rashid和Boyle認為Heinrich事件期間上層水體混合深度不同，從而導(dǎo)致δ18O的變化不同[22]。本研究中僅記錄了溫躍層棲息的N.pachyderma（100 ～250m）在Heinrich 3和5期間無明顯δ18O輕值，因此不能排除海水混合影響了最上層水體（溫躍層以上）的可能性。

3.2 有孔蟲組合及其古海洋學(xué)意義

在極地至亞極地海區(qū)，N.pachyderma常見于溫躍層，其較高的通量和相對豐度與低SST相對應(yīng)[14,46]。Govin等將40°N以北的N.pachyderma相對豐度與SST相關(guān)聯(lián)：N.pachyderma相對豐度為80%相當于～4 ℃[46]，且N.pachyderma豐度隨SST增加而減少，這與Pflaumann等的轉(zhuǎn)換函數(shù)結(jié)果一致[20]。N.incompta是常見于過渡帶至亞極地的混合層種，并且在研究區(qū)其相對豐度變化是北大西洋暖流流入的指標之一[47-48]。由此可知，N.pachyderma和N.incompta均受SST影響，表現(xiàn)出截然不同的生態(tài)意義：N.pachyderma代表較冷的水文環(huán)境（＜9 ℃）[47]；而N.incompta代表相對溫暖的水文環(huán)境（10 ～18 ℃）[14,49]。研究50°N ～ 65°S海域浮游有孔蟲對SST的敏感性時，Zaric等[47]提出N.incompta在約9 ℃超過N.pachyderma的相對豐度，這與Govin等[46]的研究相符。巖心Hu71-377的數(shù)據(jù)顯示，N.pachyderma和N.incompta占優(yōu)勢，它們的相對豐度呈鏡像關(guān)系，N.incompta與N.pachyderma豐度的比值[50]可能反映與水團變遷有關(guān)的SST變化（圖4c），該結(jié)果與附近巖心SU9008[51]（圖3d）和T88-9p[52]中利用溫度指標得到的SST變化趨勢一致。當它們的比值高于50%時，SST高于 9 ℃，反之則相反。MIS2期N.incompta與N.pachyderma豐度的比值低于50%，反映了極地水團侵入導(dǎo)致SST降低（＜9 ℃），這主要與極地鋒南移[53]有關(guān)。此外，T.quinqueloba相對豐度隨N.pachyderma同步增加，SU9003站位記錄了相同的浮游有孔蟲組合變化[31]，反映了極地鋒在MIS2期至少南移至40°N區(qū)，因此北大西洋40°N以北上層水體被極地冷水覆蓋，有利于N.pachyderma和T.quinqueloba生長。相反，它們的比值在MIS3期暖期高于50%，還在全新世逐漸增加至85%，都暗示了相對溫暖的海洋環(huán)境，反映北大西洋暖流流入，導(dǎo)致SST較高。

值得注意的是，N.incompta豐度最大值出現(xiàn)在31 ～ 35 ka，G.bulloides和G.inflata豐度也相應(yīng)增大（圖4d-f）。由于北大西洋45°N區(qū)N.incompta、G.bulloides和G.inflata的相對豐度大小反映與北大西洋暖流流入[48]有關(guān)的上層水體變化，因此該期間上層水體變化可能具有強烈的季節(jié)性特征。Jonkers等[30]報道了北大西洋暖流流入和有孔蟲季節(jié)性生長，可能導(dǎo)致Heinrich 4后SST升高。由此，我們推測研究區(qū)北大西洋暖流在31 ～ 35 ka并未減弱，且在夏季增強，導(dǎo)致這些浮游有孔蟲在溫暖季節(jié)勃發(fā)，因此其相對豐度增加。

3.3 浮游有孔蟲碳氧同位素記錄與上層水體性質(zhì)

巖心Hu71-377在全新世、MIS3期暖期的DO事件以及Heinrich期間的δ18O值輕于其平均值，反映上層水體擾動，相似的δ18O特征也在北大西洋沉積記錄中發(fā)現(xiàn)。浮游有孔蟲δ18O主要受SST和鹽度影響，因此SST升高和冰融水導(dǎo)致的鹽度降低，都將導(dǎo)致N.pachyderma的δ18O變輕[22,44]。結(jié)合巖心Hu71-377的浮游有孔蟲組合顯示，N.pachyderma和N.incompta的相對豐度比值在全新世和MIS3期暖期（主要為D-O事件）較高，反映SST較高，這與較輕的δ18O值一致。甚至有孔蟲殼體δ18O與SST的相關(guān)性表明，當SST升高1 ℃時，N.pachyderma的δ18O降低0.25‰[54]。鹽度也是影響δ18O的重要因素，在研究區(qū)可以排除河流淡水注入的可能性，但是D-O事件和Heinrich事件期間不同來源的淡水注入也會使得δ18O變輕[4,42]。特別是Heinrich事件大量冰融水注入研究區(qū)，導(dǎo)致海水鹽度顯著降低，同時N.pachyderma棲息在較深的水體中[14]，受鹽躍層的影響，其δ18O變輕。但是，Hu71-377站位的δ18O、IRD和N.pachyderma相對豐度的多變（圖3），說明了并非所有的Heinrich事件期間冰融水同等程度的影響上層水體結(jié)構(gòu)。

底棲有孔蟲δ13C常被用來示蹤深水團演化和重建過去海洋環(huán)流[55-56]，如底棲有孔蟲δ13C在LGM變輕，反映北大西洋深層水輸入減弱。浮游有孔蟲δ13C和底棲有孔蟲δ13C反映了不同性質(zhì)的水團和海洋環(huán)境。浮游有孔蟲δ13C是海水中總?cè)芙鉄o機碳（∑CO2）δ13C的函數(shù)[57]，海水∑CO2的δ13C主要受控于：（1）有機質(zhì)形成和降解所引起的δ13C變化[57-58]，如光合作用、營養(yǎng)鹽等；（2）海氣交換引起的δ13C變化，如風的擾動引起強烈的海氣交換[59]。此外，大量冰融水注入也可以解釋δ13C變輕[44,60]，如北大西洋巖心（包括DSDP609和SO82_5-2，圖4m-p）中N.pachyderma的δ13C在Heinrich期間明顯變輕[29,37]。盡管δ13CN.pachyderma也顯示δ13C輕值，但是在Hu71-377站位冰融水可能對δ13C的影響不大。綜合δ13CN.pachyderma和δ13CN.incompta以及浮游有孔蟲組合變化，發(fā)現(xiàn)Heinrich事件期間G.bulloides、G.inflata和T.quinqueloba等浮游有孔蟲的相對豐度較低，而N.incompta和N.pachyderma仍占主導(dǎo)地位，因此N.incompta和N.pachyderma代表了這些浮游有孔蟲生長的上層水體環(huán)境，它們的δ13C主要反映該期間海水∑CO2的δ13C變化，即δ13CN.pachyderma和δ13CN.incompta直接反映了Heinrich事件期間研究區(qū)的上層水體環(huán)境。

由于表層海水的光合作用優(yōu)先吸收較輕的12C，導(dǎo)致表層海水∑CO2的δ13C變重。有機質(zhì)在沉降過程中（生物泵效應(yīng)）被降解，使海水∑CO2的δ13C隨水深加大而變輕[55],這樣導(dǎo)致混合層種N.incompta的δ13C重于溫躍層種N.pachyderma。因此，在本研究中δ13CN.incompta和δ13CN.pachyderma差值被用來反映Heinrich事件期間溫躍層的深淺。Heinrich 1和2期間δ13CN.incompta和δ13CN.pachyderma差值減小，說明溫躍層變深。除冰融水注入導(dǎo)致混合層變深外，該現(xiàn)象還可能是由于MIS2冷期強風驅(qū)動引起的海水垂向混合[22,59]，使得δ13CN.incompta隨混合層加深而變輕，所以δ13CN.incompta和δ13CN.pachyderma差值減小。但是，Heinrich 4和5期間δ13CN.incompta和δ13CN.pachyderma差值增大，表明季節(jié)性溫躍層變淺，推測是由于夏季北大西洋暖流增強導(dǎo)致的。該結(jié)果與Keigwin 和Boyle的發(fā)現(xiàn)一致：當溫躍層變淺或夏季水體分層時，N.incompta和N.pachyderma的δ13C差值較大[56]。

在西北太平洋有一項研究，李鐵剛等[61]分析了西北太平洋過去40 ka以來混合層種G.ruber和溫躍層種Neogloboquadrina dutertrei的δ13C，通過δ13C差值反映的營養(yǎng)鹽梯度，探討了與黑潮有關(guān)的對馬暖流的演化和變動。如黑潮的存在和陸源淡水輸入引起營養(yǎng)鹽梯度的變化，使δ13C差值增大?；旌蠈雍蜏剀S層的營養(yǎng)鹽梯度是否可以用來反映貧營養(yǎng)的北大西洋暖流的強弱尚不清楚。倘若這一假設(shè)能夠應(yīng)用于北大西洋暖流的演化，那么Heinrich 4和5期間北大西洋暖流夏季增強時，引起研究區(qū)混合層和溫躍層的營養(yǎng)鹽梯度增大，此時δ13CN.incompta和δ13CN.pachyderma差值增大也可能是溫暖而貧營養(yǎng)的水團在近表層聚集，δ13CN.incompta變重所致。

此外，研究表明同一種內(nèi)有孔蟲殼體質(zhì)量和殼體大小的差異會引起δ13C不同程度的差異[56,62-63]。Hu71-377中N.pachyderma殼體質(zhì)量在Heinrich 1期間增加34.6%，而δ13CN.pachyderma不變（圖4i、4l），這與Kohfeld等研究結(jié)果相符[24]。N.incompta殼體質(zhì)量與δ13CN.incompta在LGM呈正相關(guān)而在全新世呈負相關(guān)（圖4j、4k），說明了殼體質(zhì)量可能會引起殼體δ13C與海水∑CO2的δ13C偏移。因此，在討論上述δ13C差值反映上層水體環(huán)境時，不排除Heinrich期間殼體質(zhì)量增加可能導(dǎo)致δ13CN.incompta變重。然而，我們尚不知曉此類偏移程度具體與哪些因素有關(guān)，該結(jié)論還有待商榷。

4 結(jié)論

（1）北大西洋中緯海域巖心Hu71-377識別了5個位于MIS3—MIS2的Heinrich層。其中Heinrich 1、2和4層都具有IRD峰值、N.pachyderma高豐度及δ18O輕值特征，這與IRD帶內(nèi)Heinrich層的特征一致，但是Heinrich 3和5層中δ18O值沒有明顯變輕，該期間可能有更多的暖水輸入，從而減弱了冰山融水的影響。

（2）浮游有孔蟲以N.pachyderma和N.incompta為主，其相對豐度的比值與SST相關(guān)，可能反映與極地鋒擴張有關(guān)的冷水團輸入和與北大西洋暖流增強有關(guān)的暖水團輸入。N.incompta、G.bulloides和G.inflata相對豐度最大值出現(xiàn)在31 ～ 35 ka，該現(xiàn)象具有較強的季節(jié)性特征，可能反映夏季北大西洋暖流增強。

（3）浮游有孔蟲組合和δ13C結(jié)果表明，Heinrich事件期間N.incompta和N.pachyderma占主導(dǎo)地位，通過δ13CN.incompta和δ13CN.pachyderma差值主要反演研究區(qū)上層水體環(huán)境。Heinrich 1和2期間差值減小，可能受溫躍層變深或強風驅(qū)動的海水垂向混合控制，而Heinrich 4和5期間差值增大，說明季節(jié)性溫躍層變淺，推測與北大西洋暖流增強和夏季水體分層有關(guān)。

致謝：本研究的樣品是加拿大自然科學(xué)與工程研究委員會（Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada，NSERC）資助采集，由David Scott（Scott教授隸屬于加拿大哈利法斯特戴爾豪西大學(xué)）提供巖心Hu71-377樣品，對此深表謝意。感謝國家自然科學(xué)基金（41776064）資助，感謝加拿大大西洋沿岸地區(qū)機署（Atlantic Canada Opportunities Agency,ACOA）以及加拿大紐芬蘭和拉布拉多地方政府的支持。感謝中國科學(xué)院南海海洋研究所黎剛老師、上海海洋大學(xué)羅敏老師對文章進行指點和潤色。