我国边缘海海水氢氧同位素景观特征及其地质应用

The marginal China seas has a distinct feature that intense land-ocean interaction, monsoon climate-anthropologic activities, complex circulation, and thus to be a key area for sediment source-to-sink, paleoenvironment, and ocean dynamic processes studies. In the past three decades, case studies on the stable hydrogen and oxygen isotopic compositions of seawater in the marginal China seas, have achieved a lot on deciphering the regional water cycle, but are quite limited in paleoclimate studies. Moreover, there has not yet been a major effort to bring all the data together. The use of isoscape, a newly developed method, has become a useful tool to understand hydro-climatic processes from regional or nationwide scales. Combining with the historical hydrographic data, nutrient and satellite data, this proposed research therefore aims to gather together the vast data set of stable hydrogen and oxygen isotope for the marginal China seas, and furthermore discusses the temporal and spatial variations of seawater isoscape. Subsequently, the response of isotopic ratio-salinity (δ-S) relationship of seawater to the climate change and its potential geological implications will be investigated.

我国边缘海具有陆海相互作用强烈、季风和人类活动共同影响、环流体系复杂等特点，使其成为中外学者研究源汇体系、古环境演化、海洋动力过程的热点区域。过去三十多年，我国边缘海海水氢氧同位素组成及其对区域水循环过程的示踪取得了瞩目的成果，但对氢氧同位素在古气候应用方面的研究还不够深入，且缺乏对现有海量数据的系统整理工作。同位素景观是国际上最近发展起来的研究不同尺度水文—气候过程的有效方法。本课题将运用同位素景观学的方法，建立我国边缘海海水氢氧同位素数据集，结合历史温盐、营养盐及卫星遥感资料，重点阐述氢氧同位素景观格局的时空变化规律，探究海水氢氧同位素与盐度关系对季候变化的响应及其潜在的地质应用。

海水氢氧同位素是研究现代海洋水循环及古气候变化的理想指标。本课题首次系统收集、整理并建立了中国边缘海海水氢氧同位素数据集，包含氧同位素数据（δ18O）共计1260个站位，3156条数据；氢同位素（δ2H）共计561个站位，1077条数据。基于数据集，建立了中国边缘海表层海水氧同位素与盐度关系式：δ18O=0.21S-7.36，分析了海水氢氧同位素时空分布规律及其古环境应用。同时，结合现场水文观测、卫星遥感及数值模式资料，运用多种数学方法联合开展水团起源、运移路径定性示踪及水团混合比例定量计算。主要认识包括：1）揭示了春季台湾海峡西南部南海暖流主要起源于黑潮次表层水入侵南海形成的陆坡流爬坡偏转，而非来自海南岛东侧的南海暖流西段；2）发现冬季长江口存在事件性的黄海沿岸流分支持续入侵长江口，并基本沿着10-30m等深线之间朝南流动汇入浙闽沿岸流；黄海沿岸流分支入侵在天气尺度和年际尺度上分别与冬季风暴和冬季风的强弱有关；冬季风驱动的沿岸流对近海海表温度具有显著性影响，一定程度上可缓解全球变暖以及大坝建设带来的河口近海区域的海水增温效应；3）同位素景观图谱显示在东海、南海北部陆架区域表现为氢氧同位素偏负特征，且具有不同于开阔大洋的同位素—盐度关系，表明开展古环境重建研究时需要考虑淡水来源及环流体系的影响；4）本课题的数据集可为区域海气耦合模型提供边界条件，也为珊瑚、砗磲、介形虫、有孔虫等海洋碳酸盐材料重建古环境变化提供了校正。

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