西太平洋暖池南緣MD05-2925岩芯55萬年以來浮游有孔蟲氧碳同位素記錄

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(1)西太平洋暖池南緣 MD05-2925 岩芯 55 萬年以來萬年以來浮游有孔以來浮游有孔蟲氧碳同位素記錄 Stable carbon and oxygen isotope records of planktonic foraminifera of core MD05-2925, South margin of western Pacific Warm Pool during the last 550 ka. 碩士畢業論文林怡君 Yi-chun Lin 國立臺灣師範大學 National Taiwan Normal University 地球科學研究所 Department of Earth Science. 中華民國九十八年七月 July, 2009 學科領域：地質學 Subject:Geology. I.

(2) 摘要西太平洋暖池南緣 MD05-2925 岩芯 55 萬年以來浮游有孔蟲氧碳同位素記錄林怡君國立臺灣師範大學地球科學研究所指導教授米泓生博士共同指導教授李孟陽博士本研究分析位於所羅門海南部 MD05-2925 岩芯 (9°20.61'S, 151°27.61'E，全長 28.43 公尺，水深 1642 公尺)上部 10 公尺 Globigerina sacculifer、Globigerinoides ruber 及 Pulleniatina obliquiloculata 三種浮游有孔蟲之氧碳同位素組成以探討西太平洋暖池南緣所羅門海域之古海洋演變。整根岩芯年代模式由 G. sacculifer 氧同位素記錄比對「低緯度區氧同位素綜合曲線」，佐以五個碳十四定年點，建立氧同位素地層第 1 階至第 14 階約 55 萬年的記錄。不同種屬浮游有孔蟲各有不同偏好生存深度，故可以之重建上層水體古水文變化。混合層種 G. ruber (白色)與 G. sacculifer，上部溫躍層 P. obliquiloculata 之氧同位素數值依照生存之水層位置與溫度由表水往溫躍層變重。而 G.ruber 碳同位素則因生機效應而與海水無機碳同位素產生偏移，導致 G.ruber 碳同位素並無依照生存水層深度分布。將 G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 之氧同位素記錄與西太平洋暖池中心 ODP 806B 岩芯作比較，呈現出暖池南緣分布範圍於冰消期向北偏移，溫躍層深度於冰期進入冰消期時明顯變深。而在 MIS 5.5 時暖池中心與南緣間海表溫差極小，由於暖池中心與南緣氧同位素差異大，應為鹽度效應所致。. I.

(3) 冰期進入間冰期的冰消過程中，南濱洋受日照量影響產生暖化現象，釋放出大量二氧化碳，而融冰則造成南極中層水(AAIW)及亞南極模態水(SAMW)生成量的增高，西風帶往南極移動引起南極湧升作用增加，藉通氣作用將深海之高營養鹽及低碳同位素海水帶至南極中層水及亞南極模態水生成區，隨之傳送至赤道太平洋區。東赤道太平洋湧升流區岩芯記錄提供代表南極區氣候變遷的碳同位素數值偏低之訊號，並以多數岩芯具有碳同位素極小事件為特色。過去研究認為西赤道太平洋區於冰消期並無明顯碳同位素極小值事件發生，但 MD05-2925 岩芯之溫躍層浮游有孔蟲 P. obliquiloculata 於冰消期時則記錄到明顯的碳同位素極小值事件，與東赤道太平洋碳同位素極小值事件皆於 10~11ka 發生，顯示西赤道太平洋與南極高緯度區間，有著遙相關。. II.

(4) Abstract Stable carbon and oxygen isotope records of planktonic foraminifera of core MD05-2925, South margin of western Pacific Warm Pool during the last 550 ka (July, 2009) Yi-chun Lin Department of Earth Sciences, National Taiwan Normal University Advisor: Dr. Horng- Sheng Mii Co-advisor: Dr. Meng- Yang Lee Stable isotope data from Solomon Sea core MD05-2925 (9°20.61'S, 151°27.61'E, 28.43m in length, 1642m water depth) are presented from planktonic foraminifera Globigerinoides ruber, Globigerina sacculifer and Pulleniatina obliquiloculata (top 10m) . The age model for core MD05-2925 is based on correlation of the G. sacculifer oxygen isotope record to the Low Latitude Stake chronology and five radiocarbon dating. In order to reconstruct the hydrology during the last two glacial terminations in the south margin of the Western Equatorial Pacific Warm Pool, we use multiple species approach of planktonic foraminifera as the proxy of water column structure. We compare the oxygon and carbon isotope records of the surface-dwelling foraminifers G. ruber and G. sacculifer and thermocline dwelling P. obliquiloculata with the cores in the eastern equatorial Pacific upwelling region, central Western Equatorial Pacific Warm Pool, and Antarctica. We demonstrate that during the last two glacial terminations, there are obvious δ13C minimum events related to the South Ocean warming and CO2 concentration increment. With the support like the oxygen isotope records , we demonstrate that thermocline in the south region of the western Pacific Warm Pool was deepen and was warmer during the last two terminations.. III.

(5) 目錄頁碼摘要 ................................................................................................................... I Abstract ..........................................................................................................III 第一章簡介.................................................................................................1 簡介 1.1 西太平洋暖池變化對氣候的影響 ................................................1 1.2 冰消期碳同位素的變化.................................................................6 冰消期碳同位素的變化 1.3 所羅門海水文環境.........................................................................8 所羅門海水文環境 1.4 研究目的.......................................................................................10 研究目的第二章研究材料與方法...........................................................................12 研究材料與方法 2.1 MD052925 岩芯介紹...................................................................12 岩芯介紹 2.2 研究方法.......................................................................................13 研究方法 2.2.1 岩芯處理 ...........................................................................13 2.2.2 有孔蟲樣本挑選原則 .......................................................13 2.2.3 質譜儀分析 .......................................................................16 2.3 年代模式.......................................................................................17 年代模式 2.3.1 碳十四定年 .......................................................................17 2.3.2 氧同位素地層年代模式之建立 .......................................19 2.3.3 交叉頻譜分析 ...................................................................20 第三章結果...............................................................................................21 結果 3.1 MD052925 岩芯氧碳同位素地層...............................................21 岩芯氧碳同位素地層 3.2 55 萬年來碳同位素記錄..............................................................25 萬年來碳同位素記錄 3.3 十六萬年以來多種屬氧同位素記錄 ..........................................28 3.4 十六萬年以來多種屬碳同位素記錄 ..........................................31 第四章討論...............................................................................................34 討論 4.1 550ka 以來暖池區浮游有孔蟲氧同位素記錄之比較 ...............34 4.2 160ka 以來混合層與溫躍層間氧同位素值變化 .......................37 4.3 MD052925 岩芯碳同位極小值事件之探討...............................46 岩芯碳同位極小值事件之探討 4.3.1 Termination Ⅰ碳同位素最小值事件............................48 碳同位素最小值事件 4.3.2. Termination Ⅱ碳同位素最小值事件碳同位素最小值事件............................52 位素最小值事件第五章結論...............................................................................................55 結論作者簡介 .........................................................................................................67. IV.

(6) 圖目圖. 頁碼. 圖 1.1. 赤道太平洋海表溫圖(Locarnini et al., 2006)，西太平洋暖池分佈於圖中 29℃等溫線以內之範圍。白色圓點為 MD05-2925 岩芯位置。 .............................................................................................................1. 圖 1.2. DSDP Site 292 岩芯 8.5Ma 以來多種屬浮游有孔蟲氧同位素及鎂鈣比溫度隨深度變化圖。西太平洋暖池北緣 DSDP Site 292 岩芯以多種屬浮游有孔蟲氧同位素及鎂鈣比溫度記錄所呈現 8.5Ma 以來暖池位置的變化(Sato et al., 2008)。 ............................................5. 圖 1.3. 冰消期海洋與大氣的回饋機制，對高低緯度間遙相關機制圖(取自 Pena et al., 2008)。圖中 ITCZ 代表間熱帶輻合帶(Intertropical Convergence Zone)。圖中顯示西風帶往南遷徙至環南極流 (Antarctic Circumpolar Current, ACC)上方，加速環南急流流速，使湧升作用增強。圖中虛線代表繞極深層水經湧升作用後，藉艾克曼傳輸將碳同位素數值偏低的繞極深層水(Circumpolar Deep Water, CPDW)帶往南極中層水(AAIW)和亞南極模態水(SAMW) 的生成區。歲差影響赤道太平洋海盆東西兩側季節性海表溫度梯度，而地軸傾角則影響南極海冰的消退。 .....................................7. 圖 1.4 圖 1.5. 赤道以南大平洋區，低緯(赤道)-高緯(南極)間洋流關係圖，修改自 Bostock 等人(2004)。MD05-2925 岩芯位於星號處。 ..............9 所羅門海洋流圖，修改自 Lucas(2001)。MD05-2925 岩芯以黑色星號表示。新幾內亞沿岸潛流(NGCUC)，大堡礁潛流(GBRUC)。 9. 圖 2.1. MD05-2925 岩芯站位圖。 ..............................................................12. 圖 2.2. 浮游有孔蟲 G. ruber 兩種形態之比較圖(取自 Steinke et al., 2005)。本研究 G. ruber 挑選左圖 s.s.型態做分析。....................14. 圖 2.3. 浮游有孔蟲 G. ruber、G. sacculifer、P. obliquiloculata 型態圖。電子顯微鏡拍攝之浮游有孔蟲 G. ruber、G. sacculifer(右圖，無囊狀房室)、P. obliquiloculata (a)正面(b)側面(c)背面之型態圖，作為挑選有孔蟲之型態標準。各圖白色尺標長度代表 100µm 長(取自 Yamasaki et al., 2008)。避免挑選右圖有囊狀房室之 G. sacculifer。 ...........................................................................................................15. 圖 2.4. 所羅門海儲存庫年代分布圖。西南赤道太平洋所羅門海週遭主要洋流系統(McGregor et al., 2008)，黑點與數值代表各別站位儲存庫年代(reservoir age)之分布圖。圖中星號為 MD05-2925 岩芯位. V.

(7) 置。三角形標記為本研究所選擇之區域性碳儲存庫年代，經計算得ΔR 為 22。 ..................................................................................18 圖 2.5. MD05-2925 岩芯與低緯度區氧同位素綜合曲線進行交叉頻譜分析圖。 ...............................................................................................20. 圖 3.1. MD05-2925 岩芯 G. sacculifer 氧同位素隨深度變化圖。 ...........22. 圖 3.2. MD05-2925 岩芯氧同位素與低緯度區氧同位素綜合曲線比對圖。(A) MD05-2925 岩芯氧同位素地層記錄，十字符號代表 5 個碳十四定年點，空心三角形符號代表 MD05-2925 岩芯 G. rubber (pink)的末現事件發生時間點。(B) MD05-2925 岩芯所對比之低緯度區氧同位素綜合曲線(Low Latitude Stack，Bassinot et al., 1994)。..............................................................................................23. 圖 3.3. MD05-2925 岩芯沉積速率圖。圖中實心圓點代表本岩芯所選擇之年代控制點，陰影區塊代表間冰期。 ...........................................24. 圖 3.4. MD05-2925 岩芯 55 萬年來 G. sacculifer 碳氧同位素記錄。氧同位素記錄(圓點)，碳同位素記錄(菱形)。灰色區塊代表暖期區間，虛線直線代表六次冰消期(T I~T VI)。..........................................26. 圖 3.5. MD05-2925 岩芯 G. ruber、G. sacculifer、P. obliquiloculata 多種屬有孔蟲的氧同位素記錄圖。 .......................................................28. 圖 3.6. MD05-2925 岩芯 160ka 以來，浮游有孔蟲 G. sacculifer (空心圓) 及 P. obliquiloculata (實心圓)氧同位素及兩種屬氧同位素差值(實線)圖。..............................................................................................30. 圖 3.7. 多種屬碳同位素比較圖。由上而下分別為 160 ka 以來表水種 G. rubber (綠色)、G. sacculifer (藍色)及次表水種 P. obliquiloculata (紅色)的碳同位素曲線。 ................................................................33. 圖 4.1. 西太平洋暖池中心 ODP 806B (Berger et al., 1996)、ERDC 84、 ERDC 89、 ERDC 93(Schiffelbein and Berger, 1996)岩芯分布圖 (Tachikawa et al., 2009)。................................................................34. 圖 4.2. MD05-2925 岩芯與西太平洋暖池區 ODP806B(159.3°E；0.3°3N；水深: 2520 m)、ERDC84(157.2°E；1.4°N；水深：2339m)、 ERDC89(155.8°E；0.0030°S；水深: 1932 m )、 ERDC93(157.2°E； 1.4°N；水深: 1604 m )岩芯(Berger et al., 1996；Schiffelbein and Berger, 1996)G. sacculiger 在 550ka 來氧同位素記錄比較圖。陰影區代表暖期，雙箭頭實線代表振幅而數字代表振幅大小。.......36. 圖 4.3. MD05-2925 岩芯 160ka 以來，浮游有孔蟲 G. sacculifer 及 P. obliquiloculata 兩種屬間，經過五點平均後之氧同位素差值(上. VI.

(8) 圖，實線)及鎂鈣比溫度差值(下圖，虛線)比較圖(Lo et al., 2008)。陰影區代表間冰期區間。 ...............................................................38 圖 4.4. 結合研究區域站位(9.5S，151.5E)現今海洋溫度剖面資料 (Locarnini et al., 2006)，與冰期、間冰期兩種氣候型態時 G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 的溫度平均，呈現所羅門海地區 16 萬年來冰期間冰期時的水層結構變化。 .......................................40. 圖 4.5. MD05-2925 與 ODP 806B 岩芯在 MIS 1、MIS 5.5、MIS 6.2、LGM、 T I、T II 時 G. sacculifer(表水)與 P. obliquiloculata(溫躍層)的氧同位素比較圖。ODP 806B 岩芯氧同位素(Berger et al., 1996)。....42. 圖 4.6. MD05-2925 與 ODP 806B 岩芯在 MIS 1、MIS 5.5、MIS 6.2、LGM、 T I、T II 時 G. sacculifer(表水)與 P. obliquiloculata(溫躍層)的鎂鈣比溫度比較圖，MD05-2925 鎂鈣比溫度(Lo et al., 2008)，ODP 806B 鎂鈣比溫度(Lea et al., 2000)。..............................................44. 圖 4.7、(a) Vostok 與 Dome C 冰芯 30ka 以來 CO2 濃度(Petit et al. 1999; Pepin et al. 2001; Raynaud et al. 2005; Monnin et al. 2001)，歲差值及地軸傾角。(b) G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 鎂鈣比溫度(Lo et al., 2008)。(C) G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 的碳同位素記錄。 ...................................................................................................51 圖 4.8. (a) Vostok 冰芯 110~150ka 以來的 CO2 濃度(Petit et al. 1999; Pepin et al. 2001; Raynaud et al. 2005)，歲差值及地軸傾角。(b) G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 的鎂鈣比溫度(Lo et al., 2008)。(C) G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 的碳同位素記錄。 .......................53. VII.

(9) 表目表. 頁碼. 表 2.1. 14. 表 2.2. MD05-2925 岩芯年代控制點(14C 代表 MD05-2925 岩芯 14C 定年校正為日曆年的年代；MIS 代表海洋氧同位素階，為 Marine Oxygen Isotope Stage 簡寫) ...........................................................................19. 表 4.1. G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 溫度差值與氧同位素差值比較表 ...........................................................................................................39. C 定年校正日曆年範圍表.............................................................17. VIII.

(10) 第一章 1.1. 簡介西太平洋暖池變化對氣候的影響西赤道太平洋暖池(Western Pacific Warm Pool ,簡稱為WPWP)是. 全球最大的暖水匯集區，暖池對氣候的影響，源自於其為大氣熱量及水氣的主要來源(Yan et al., 1992)。由西太平洋暖池所傳送之熱與水氣扮演著驅動渥克(Walker)及哈德利(Hadley)環流的角色，因此能對全球氣候造成影響(Pierrehumbert, 2000)。西太平洋暖池以年平均海表溫高於28℃為其範圍(Yan et al., 1992)(圖1.1)，除了具有表水溫極高的特性外，因為貿易風將暖濕空氣帶至西太平洋暖池區域，因此產生極高的降雨量(Delcroix et al., 1996)，大量降雨亦使西太平洋暖池有低鹽度的特性(<35 psu)，亦被稱為「fresh pool」(Hénin et al., 1998)。東西赤道太平洋除了在鹽度與溫度上迥異外，從美國「國家海洋暨大氣管理局」(National Oceanic and Atmospheric Administration ，NOAA)海溫資料顯示，赤道太平洋西側溫躍層深度約達 200 公尺，向東逐漸變淺為 50 公尺左右 ( Locarnini et al., 2006)，其溫躍層深度具有西深東淺的特性。然而透過瞭解西太平洋暖池溫度、鹽度和水平位置的改變，能探討其引發之海氣交互作用反映在El Niño/Southern Oscillation (ENSO)的變化 (Picaut et al., 1996)。. 圖 1.1. 赤道太平洋海表溫圖(Locarnini et al., 2006)，西太平洋暖池分佈於圖中 29℃等溫線以內之範圍。白色圓點為 MD05-2925 岩芯位置。 1.

(11) 由觀測資料顯示，在El Niño事件發生時，暖池邊緣產生異常的 (anomaly)西風，減弱貿易風的強度(Fedorov and Philander, 2000)，使赤道太平洋東西兩側海表溫差距縮小，也使暖池向東擴展，導致東赤道太平洋出現海表溫變暖的異常現象，暖池區的降雨帶亦往赤道太平洋中部和東部遷移，使西太平洋暖池的海表鹽度升高(Delcroix et al.,. 1996)且海表溫度降低(Picaut et al., 1996)。貿易風減弱使東太平. 洋溫躍層變深，西赤道太平洋溫躍層變淺，赤道太平洋東西兩側溫躍層深度梯度變小(Rasmusson and Carpenter, 1982)。反之，在 La Niña 事件發生時，ENSO 的影響主要表現在暖池水鹽度的變化，由觀測資料顯示暖池表水鹽度在 La Niña 事件發生時有明顯變淡的記錄(Delcroix et al., 1996)，低鹽度記錄源於降雨量大增所致。而表水溫度僅有稍微上升，表水溫變化程度不及東赤道湧升流區 (Rasmusson and Carpenter, 1982)。儘管暖池表水溫度變化不大，但模式結果卻指出微小的海表溫異常(0.5~1℃)，會導致與 ENSO 相關的海氣耦合出現明顯變化，亦導致赤道外地區的氣候變異(Palmer and Mansfield, 1984)。此外由於貿易風增強，亦使西太平洋暖池溫躍層變深，東太平洋溫躍層變淺，赤道太平洋東西兩側溫躍層深度梯度變大 (Rasmusson and Carpenter, 1982)。現今西赤道太平洋區，因為水層有強烈的層化作用，所以限制充滿營養鹽的冷水湧昇到表面區域，有著低生物生產力和表水 pCO2 與大氣達到平衡的特性。而東赤道太平洋相較之下，沒有層化良好的水層，故湧升作用會將富營養鹽和二氧化碳的水到表面，成為全球主要的表水二氧化碳釋放源區(Takahashi et al., 2002)。太平洋赤道地區僅管能由中層水帶來豐富的營養鹽，但由於鐵濃度低，導致營養鹽無法被利用，形成一個高營養鹽低葉綠素地區 (high nutrient–low chlorophyll，HNLC) (Takahashi et al., 2002)。由研究顯示，西赤道太. 2.

(12) 平洋地區在 La Niña 事件發生時，因為東赤道太平洋湧升作用增強，故能將更多營養鹽帶至西太平洋區，使其生產力會比在 El Niño 事件或是平常時期，提升至接近兩倍的生產力(Radenaca and Rodier, 1996)。古海洋學者基於現今 ENSO 事件與赤道太平洋間密切的海氣耦合關聯，從冰期-間冰期千年尺度東西赤道太平洋水文條件的變化，探討不同時期環境參數所可類比的氣候型態，探討的重點在於全新世、末次冰盛期及冰期轉換到間冰期的冰消期。 1.末次末次冰盛期末次冰盛期 Koutavas 等人(2002)利用東太平洋冷舌區 V21-30 岩芯浮游有孔蟲 G. sacculifer 鎂鈣比溫度變化，認為在末次冰盛期(Last Glacial Maximum，LGM)時赤道太平洋地區為 El Niño-like 氣候型態。而西赤道太平洋地區 MD97-2138 岩芯之浮游有孔蟲群集所重建之溫躍層深度，顯示在全新世和末次冰盛期時沒有明顯變化(de Garidel-Thoron et al., 2007)，而 MD97-2138 岩芯重建之海水氧同位素記錄則指出除了暖池最西方之邊緣海外，大部分暖池海表鹽度在末次冰盛期皆變淡，因此 de Garidel-Thoron 等人(2007)認為在末次冰盛期難簡單以 ENSO-like 去類比當時赤道太平洋區之氣候型態。 2.全新世全新世東赤道太平洋冷舌區岩芯提供中全新世時有海表溫變冷的記錄，伴隨太平洋海盆東西兩側溫度梯度升高，故被比擬為 La Niña-like 氣候型態，而間熱帶輻合帶(Intertropical Convergence Zone，ITCZ) 有向北移動的現象(Koutavas et al., 2002)。氣候模式結果則顯示，晚全新世為 El Niño-like 氣候型態(Clement and Cane, 1999-a)。 3.冰消期冰消期由西赤道太平洋暖池區 MD97-2138 岩芯之鈣板藻. 3.

(13) (coccolithophores)建立生產力提高之記錄(Beaufort et al., 2001)，與該岩芯由浮游有孔蟲群集(assemblage)所建立之溫躍層深度變深記錄 (de Garidel-Thoron et al., 2007)，皆支持冰消過程時為 La Niña-like 的氣候型態。而東赤道太平洋 Site 1240 岩芯以其溫躍層水體氧同位素記錄為鹽度變化代用指標，得出東赤道太平洋冰消期溫躍層鹽度提高，伴隨溫躍層溫度升高，代表赤道潛流(Equatorial Undercurrent，簡稱 EUC)的增強，意指西太平洋混合層變深，而認為冰消期為 La Niña-like 的氣候型態(Pena et al., 2008)。而在東西赤道太平洋古水文環境之重建方法上，利用東赤道太平洋岩芯 TR163-19 岩芯為材料，根據浮游有孔蟲有偏好特定水深度的特性，以棲息於表水(例，G. ruber 及 G. sacculifer)及次表水(例，溫躍層上部的 N. dutertrei)的浮游性有孔蟲之氧碳同位素值，架構多種屬有孔蟲建立水層結構變化的方法(Spero et al., 2003)。比較西赤道太平洋暖池中心 ODP806 岩芯與暖池北緣 DSDP292 岩芯多種 (multi-species)浮游有孔蟲的氧同位素及鎂鈣比溫度(圖 1.2)，顯示在 4-3Ma 期間，赤道太平洋為一般或是 La Niña-like 的氣候型態(Sato et al., 2008)。可知多種浮游有孔蟲氧同位素及鎂鈣比可以重建西赤道太平洋暖池區古水文變化，是探討不同時期氣候型態的依據。. 4.

(14) 圖 1.2. DSDP Site 292 岩芯 8.5Ma 以來多種屬浮游有孔蟲氧同位素及鎂鈣比溫度隨深度變化圖。西太平洋暖池北緣 DSDP Site 292 岩芯以多種屬浮游有孔蟲氧同位素及鎂鈣比溫度記錄所呈現 8.5Ma 以來暖池位置的變化(Sato et al., 2008)。. 5.

(15) 1.2. 冰消期碳同位素的變化 Spero 和 Lea(2002)指出赤道太平洋、赤道印度洋、赤道大西洋. 及亞南極地區的海洋岩芯浮游有孔蟲碳同位素記錄，於冰消期時皆有碳同位素極小值的記錄，由於普遍分布於南半球各海盆內，其來源應與各海盆有直接的連接。從最近 30ka 的赤道太平洋碳同位素記錄來看，碳同位素的偏輕現象發生在冰消期早期(20–17 ka)，且導致所謂的冰消期碳同位素極小值事件(簡稱為δ13Cmin)的產生，但太平洋海盆的岩芯記錄與其他海盆發生的時間不同(Loubere et al., 2007)。 Pena 等人(2008)提出南太平洋地區高低緯度間遙相關模式以解釋其成因(圖 1.3)，認為不同天文軌道力對不同緯度區所造成的氣候變化有不同程度的影響。在最近兩次冰消期太平洋赤道區因亞南極區西風帶南移，迫使南極湧升流增強，將深海之低碳同位素值海水與營養鹽帶至亞南極模態水(SubAntarctic Mode Water, SAMW)或南極中層水(Antarctic Intermediate Water, AAIW)生成區，由亞南極模態水及南極中層水傳送至印度-太平洋赤道區的溫躍層(Spero and Lea, 2002)。由於東赤道太平洋湧升流的水部分源自南極中層水，故許多東赤道太平洋岩芯皆有明顯的碳同位素極小值事件的發生(Spero and Lea, 2002; Loubere et al., 2007; Pena et al., 2008)。而西赤道太平洋地區由 Loubere 等人(2007)年整理 30ka 以來全球赤道區的碳同位素記錄顯示，西赤道太平洋地區的δ13Cmin 事件並不明顯。除 Loubere 等人 (2007)討論到西赤道太平洋在冰消期的碳同位素極小值事件外，少有文章近一步探究西赤道太平洋地區的碳同位素表現並與南極間遙相關的關係。. 6.

(16) 圖 1.3. 冰消期海洋與大氣的回饋機制，對高低緯度間遙相關機制圖(取自 Pena et al., 2008)。圖中 ITCZ 代表間熱帶輻合帶(Intertropical Convergence Zone) 。圖中顯示西風帶往南遷徙至環南極流 (Antarctic Circumpolar Current, ACC)上方，加速環南急流流速，使湧升作用增強。圖中虛線代表繞極深層水經湧升作用後，藉艾克曼傳輸將碳同位素數值偏低的繞極深層水(Circumpolar Deep Water, CPDW)帶往南極中層水(AAIW)和亞南極模態水(SAMW)的生成區。歲差影響赤道太平洋海盆東西兩側季節性海表溫度梯度，而地軸傾角則影響南極海冰的消退。. 7.

(17) 1.3 所羅門海水文環境所羅門海位於巴布亞新幾內亞島東方，南與澳洲大陸東北方之珊瑚海(coral sea)相鄰。從海表溫分布圖來看，所羅門海含括在西太平洋暖池的範圍內，而所羅門海地區的表面洋流主要受到南赤道流 (South Equatorial Current，簡稱 SEC)影響，其分支往北到達赤道地區，經幅合下沉形成赤道潛流往東流至東赤道太平洋地區(圖 1.4)。南赤道流源自秘魯涼流(Peru Current，簡稱為 PC)和東赤道太平洋的赤道潛流。赤道潛流組成成分包含南極中層水和亞南極模態水 (Toggweiler et al., 1991)。由此可知，東西赤道間的洋流系統與南濱洋洋流系統以中層水做連結。所羅門海地區溫躍層的水主要為新幾內亞沿岸潛流(New Guinea Coastal Undercurrent，NGCUC; 圖 1.5)，新幾內亞沿岸潛流源自於大堡礁潛流(Great Barrier Reef Undercurrent，簡稱為 GBRUC) (Lindstrom et al., 1987)。大堡礁潛流則是源自於南極中層水或亞南極模態水。南極中層水具有將低鹽度海水和營養鹽往熱帶和赤道區傳送的特性 (Iudicone et al., 2007)，因此在本研究海域可藉上層水體之傳送，記錄到來自南濱洋的高營養鹽和碳同位素數值偏低訊號。約有接近 80% 的南極中層水會抵達 10°S，再跟著亞熱帶渦流(subtropical gyre)抵達新幾內亞沿岸潛流(Iudicone et al., 2007)，代表西赤道太平洋與南濱洋間以中層水建立遙遠的關聯。. 8.

(18) 圖 1.4. 赤道以南大平洋區，低緯(赤道)-高緯(南極)間洋流關係圖，修改自 Bostock 等人(2004)。MD05-2925 岩芯位於星號處。. 圖 1.5. 所羅門海洋流圖，修改自 Lucas(2001)。MD05-2925 岩芯以黑色星號表示。新幾內亞沿岸潛流(NGCUC)，大堡礁潛流(GBRUC)。. 9.

(19) 1.4 研究目的赤道太平洋東西兩側水文環境在冰期-間冰期尺度上的變化，是古海洋學的研究重點之ㄧ，而不同時期水文變化所可比擬 El niño-like 或 La niña- like 氣候型態在判定上仍相當分歧(Pena et al., 2008)。由於所羅門海涵括在西太平洋暖池的範圍內，具有暖池之特性，故能藉由所羅門海之岩芯探究西太平洋暖池南緣在冰期-間冰期尺度下的水文變化，進而了解暖池在位置上的變遷和分佈情況。MD05-2925 岩芯位於西太平洋暖池南方邊緣，在位置上能敏感反應出暖池南緣在冰期間冰期尺度下位置的變遷情況，有助於釐清西太平洋暖池在表水溫度、表水鹽度及溫躍層深度上產生的改變及其氣候情況。東赤道太平洋的湧升流區為研究 El Niño-like 或 La Niña- like 氣候型態的重要區域，而西赤道太平洋地區之相關研究相對地缺乏，主要受限於西赤道太平洋地區岩芯普遍有沉積速率低的現象，以致於缺乏較高解析度之古海洋記錄，MD05-2925 岩芯具有較暖池中心岩芯為高之沉積速率之優勢，能提供較高解析度之氧同位素記錄，利於西太平洋暖池南緣古水文變化之探討。溫室氣體 CO2 對氣候造成的衝擊，是現今地球生物面臨的困境。由過去冰期-間冰期的記錄顯示，高緯度與低緯度氣候因應 CO2 濃度上升而產生的變化是同步的(Anderson et al., 2009)。由東赤道太平洋浮游有孔蟲碳同位素顯示，碳同位素極小值事件發生於在冰消期 (Loubear et al., 2007)。Spero 等人(2002)認為東赤道太平洋地區浮游有孔蟲的碳同位素記錄中的碳同位素極小值現象，是南濱洋深海水團藉由亞南極模態水或南極中層水傳送至印度-太平洋溫躍層位置。若西太平洋 MD05-2925 岩芯的氧碳同位素資料能與東赤道太平洋的證據作良好的對比，則有助於了解西赤道太平洋在冰消期時是否能反應高緯度-南極 CO2 濃度上升對氣候所造成的影響。. 10.

(20) Pena 等人(2008)藉由東赤道太平洋浮游有孔蟲的氧碳同位素記錄，結合天文軌道力的影響，建構出南極與太平洋赤道區之間，低碳同位素數值的來源與傳送途徑模式。其模式的建構缺乏西赤道太平洋的相關佐證，而本研究所選用之 MD05-2925 岩芯位置具有暖池位移情況的代表性，其浮游有孔蟲氧同位素在表面洋流及次表水深度處亦能敏感反應來自於南極的水團化學性質之變化，可檢驗 Pena 等人 (2008)所提出之模式在西太平洋部份的可行性。. 11.

(21) 第二章. 研究材料與方法. 2.1 MD052925 岩芯介紹本研究選用 2005 年國際海洋古全球變遷研究計畫(IMAGES , International Marine Past Global Change Study) 於西太平洋進行 PECTEN( Past Equatorial Climate: Tracking El Niño)航次所鑽取的 MD05-2925 岩芯。MD05-2925 岩芯站位為 9°20.61'S, 151°27.61'E (圖 2.1)，近所羅門海 Woodlark 海盆西北方，岩芯全長為 28.43 公尺，水深 1642 公尺，位於方解石溶躍層(lysocline)之上，故能提供保存度良好之有孔蟲化石殼體。. 圖 2.1. MD05-2925 岩芯站位圖。. 12.

(22) 2.2 研究方法 2.2.1. 岩芯處理由岩芯頂部往下，以 5 公分間距採一段 1 公分厚之沉積物. 樣本。秤量沉積物未烘乾前濕重後，將沉積物置入量筒內，倒入已知體積且能蓋過沉積物之水量，測得沉積物體積。最後將沉積物烘乾後，秤量其乾重，經計算後得到各深度沉積物之密度值。將烘乾後之沉積物浸泡於水中使之鬆散，過 63μm 篩網，過篩清洗出有孔蟲，經烘乾待挑選及分析之用。. 2.2.2. 有孔蟲樣本挑選原則將烘乾後各深度標本以二分器分成兩份，本研究利用其中. 一份進行有孔蟲之挑選與分析。本研究挑選浮游有孔蟲 Globigerinoides ruber (白色)、G. sacculifer、P. obliquiloculata 進行氧碳同位素分析。. 本研究有孔蟲樣本挑選依據如下： (1) 有孔蟲殼體大小：. 為排除有孔蟲因生長階段不同而造成之生機效應 (vital effect)，故需選擇一定有孔蟲殼體大小進行氧碳同位素分析。限定有孔蟲殼體粒徑範圍，能讓殼體大小效應(size effect)對同位素數值造成的偏差降至最小(Waelbroeck et al., 2005)。考量生機效應、殼體大小效應及質譜儀所需之分析量，本研究挑選之有孔蟲殼體大小與數量分別為：8 個界於 255-315 µm 的 G .ruber、5 個界於 300-355 µm 的 G. sacculifer、3 個界於 355~425µm 的 P. obliquiloculata。. 13.

(23) (2) 有孔蟲殼體外觀：. 經觀察各深度有孔蟲外觀，發現 MD05-2925 岩芯保存度佳，無明顯破裂或溶蝕造成之破洞。挑選之有孔蟲殼體外觀以無附著顆粒、無再結晶、房室無破裂痕跡、顏色白淨及殼體厚度適中之有孔蟲為主。 (3) 型態：. 從 G. ruber 鎂鈣溫度可知，G. ruber 受不同水壓、水溫條件影響而產生 sensu stricto (s.s.)和 sensu lato (s.l.)兩種型態，分別代表淺水及較深水環境(Steinke et al., 2005；圖 2.2)，本研究為將 G. ruber 作為表水有孔蟲代表，故選擇代表淺水環境之 s.s.型態。挑選 G. sacculifer 時，只選用沒有囊狀房室(without sac-like chamber)之型態(圖 2.3)，避免因產生配子體所形成囊狀房室所帶來之深水訊號。. 圖 2.2. 浮游有孔蟲 G. ruber 兩種形態之比較圖(取自 Steinke et al., 2005)。本研究 G. ruber 挑選左圖 s.s.型態做分析。. 14.

(24) 圖 2.3. 浮游有孔蟲 G. ruber、G. sacculifer、P. obliquiloculata 型態圖。電子顯微鏡拍攝之浮游有孔蟲 G. ruber、G. sacculifer(右圖，無囊狀房室)、P. obliquiloculata (a)正面(b)側面(c)背面之型態圖，作為挑選有孔蟲之型態標準。各圖白色尺標長度代表 100μm 長 (取自 Yamasaki et al., 2008)。避免挑選右圖有囊狀房室之 G. sacculifer。. 15.

(25) 2.2.3. 質譜儀分析為去除有孔蟲殼體附著物及有機物質對氧碳同位素數值之影響，需於質譜儀分析前，進行殼體之清洗處理，質譜儀分析實驗前處理步驟如下： (1) 將有孔蟲殼體樣本以甲醇(CH3OH) 覆蓋浸泡，以減少表面張. 力，置入超音波震盪機震盪 3 秒，重複震盪 3 次，以去除殼體上的附著物。完成後吸出甲醇，以去離子水清洗 3 次，再將去離子水吸出。 (2) 以次氯酸鈉(NaOCl)浸泡 24 小時，以去除殼體上有機物質。. 完成後吸出液體，並以去離子水清洗 3 次，再將去離子水吸出。 (3) 置入烤箱烘乾後，保存於乾燥箱中等待上機分析。. 氧碳同位素分析使用本系 Mircromass IsoPrime 質譜儀，外接 Glison 自動分析儀。以國際標準試樣 NBS-19(δ18O = -2.20‰, δ13C = 1.95‰)作為實驗校正用的標準樣本。氧碳同位素分析之精密值分別為 0.03‰及 0.05‰ (1σ；n=701)。氧碳同位素分析處理步驟： (1) 將標本放入分析瓶，置入 Glison 自動分析儀。滴入 100％的. 磷酸(H3PO4)在 90℃下與有孔蟲碳酸鈣殼體反應，產生 CO2 氣體。 (2) 將 CO2 氣體送入 Mircromass IsoPrime 質譜儀，進行氧碳同位. 素分析。. 16.

(26) 2.3 年代模式 2.3.1. 碳十四定年. 本研究選定岩芯 5 公分、35 公分、140 公分、180 公分及 240 公分等 5 深度，每個深度挑選浮游有孔蟲 Orbulina universa 與 G. sacculifer (with sac-like chamber )殼體約 200 個，重約 9 ㎎，送至紐西蘭 Rafter Radiocarbon Laboratory 進行碳 14 定年分析。為得知區域性海洋碳儲存庫年代，由 CALIB Radiocarbon Calibration 網站上 Marine Reservoir Correction Database (Stuiver et al., 2005)，選擇所羅門海 3 個區域性碳儲存庫年代(圖 2.4)，由 CALIB 網站上計算出ΔR 為 22。ΔR 代表區域性碳儲存庫年代與全球平均海表儲存庫年代(global average surface ocean reservoir correction)(Stuiver and Braziunas, 1993) 400 年的差值，故本研究區域的碳儲存庫年代需校正 422 年。碳 14 定年校正利用碳 14 定年校正方程式 CALIB 5.0.2 版本(Stuiver et al., 2005)，選取 Marine04 data set 校正模式(Hughen et al., 2004)，代入ΔR 為 22 計算五個碳 14 校正年代。得到最接近之日曆年範圍(1σ)見表 2.1。. 表 2.1 14C 定年校正日曆年範圍表深度 14 C-dating Age 日曆年 (B.P) (1σ) (cm) 5-6 1737 ± 30 1235~1303 35-36 4068 ± 30 4003~4132 140-141 10441 ± 30 BP 11343~11435 180-181 13748 ± 35 BP 15620~15975 240-241 16026 ± 95 BP 18802~18938. 17.

(27) 圖 2.4. 所羅門海儲存庫年代分布圖。西南赤道太平洋所羅門海週遭主要洋流系統(McGregor et al., 2008)，黑點與數值代表各別站位儲存庫年代(reservoir age)之分布圖。圖中星號為 MD05-2925 岩芯位置。三角形標記為本研究所選擇之區域性碳儲存庫年代，經計算得ΔR 為 22。. 18.

(28) 2.3.2 氧同位素地層年代模式之建立利用 MD05-2925 岩芯浮游有蟲 G. sacculifer 之氧同位素數值與「低緯度區氧同位素綜合區線」(Low Latitude Stack；Bassinot et al., 1994)作對比，選出冰期-間冰期分界與氧同位素極大、極小值事件 29 個，佐以 5 個 14C 定年點作為 MD05-2925 岩芯之年代控制點，輔以粉紅色 G.ruber 末現面位於本岩芯深度 820 公分為 MIS 5e 的驗證，並利用 Brown 大學提供之時序分析軟體「Arand」，利用其中「Ager」程式，輸入年代控制點與氧同位素資料，算得 MD05-2925 年代架構(表 2.2)。. 表 2.2. MD05-2925 岩芯年代控制點(14C 代表 MD05-2925 岩芯 14C 定年. 校正為日曆年的年代；MIS 代表海洋氧同位素階，為 Marine Oxygen Isotope Stage 簡寫) 深度 5 35 140 180 240 460 520 610 670 710 780 820 870 1130 1210 1240 1300. Age(ka) 1.27 4.07 11.55 15.80 18.87 52 62 79 86 97 106 122 133 194 213 225 236. 年代工具 14 C 14 C 14 C 14 C 14 C MIS 3.3 MIS 4.2 MIS 5.1 MIS 5.2 MIS 5.3 MIS 5.4 MIS 5.5 MIS 6.2 MIS 7.1 MIS 7.3 MIS 7.4 MIS 7.5. 深度 1370 1430 1460 1520 1560 1630 1740 1830 1860 2010 2100 2190 2460 2530 2580 2620 2730. 19. Age(ka) 248 258 266 287 295 315 328 340 349 369 406 434 481 500 510 524 536. 年代工具 MIS 8.2 MIS 8.3 MIS 8.4 MIS 8.5 MIS 8.6 MIS 9.2 MIS 9.3 MIS 10.2 MIS 10.3 MIS 11.1 MIS 11.3 MIS 12.2 MIS 13.11 MIS 13.13 MIS 13.2 MIS 13.3 MIS 14.2.

(29) 2.3.3交叉頻譜分析本研究利用布朗大學所提供之「Arand」套裝軟體中「Timer」程式將 MD05-2925 岩芯的年代模式進行內插，使本岩芯之時間間距與目標曲線-低緯度區氧同位素綜合曲線(Bassinot et al., 1994)調整為一致(∆T=2ka)，再利用「Crospec」程式進行交叉頻譜分析，結果呈現兩者間具有高度相關性(coherency)(圖 2.5)。. 圖 2.5. MD05-2925 岩芯與低緯度區氧同位素綜合曲線進行交叉頻譜分析圖。. 20.

(30) 第三章. 結果. 3.1 MD052925 岩芯氧碳同位素地層本研究完成 MD05-2925 岩芯 0~2840 公分沉積物標本之分析，利用浮游有孔蟲 G. sacculifer 氧同位素建立本岩芯之氧同位素年代地層架構。岩芯氧同位素曲線隨深度變化呈現明顯的冰期-間冰期迴旋，冰期與間冰期之變化振幅可達 2.6‰(圖 3.1)，推斷 MD0529-25 岩芯並無受到明顯生物擾動，使冰期與間冰期的氧同位素數值因生物擾動造成的混合作用，造成冰期間冰期兩者振幅變小的情況 (Waelbroeck et al., 2005)。本岩芯選用 5 個層位的碳十四定年點及 36 個與低緯度區氧同位素綜合曲線(Bassinot et al., 1994)所對比出的氧同位素極值事件，共 41 個年代控制點，建立 MD05-2925 岩芯約 55 萬年來的年代模式(圖 3.2)。. 21.

(31) 22. 圖 3.1. MD05-2925 岩芯 G. sacculifer 氧同位素隨深度變化圖。.

(32) 圖 3.2. MD05-2925 岩芯氧同位素與低緯度區氧同位素綜合曲線比對圖。 (A) MD05-2925 岩芯氧同位素地層記錄，十字符號代表 5 個碳十四定年點，空心三角形符號代表 MD05-2925 岩芯 G. rubber (pink) 的末現事件發生時間點。(B) MD05-2925 岩芯所對比之低緯度區氧同位素綜合曲線(Low Latitude Stack，Bassinot et al., 1994)。. 23.

(33) 本岩芯平均沉積速率為 5.2 cm/ka，上部岩芯沉積速率較高 (10~19cm/ka)，可能為活塞岩芯上部受拉張作用所致。間冰期的沉積速率平均約為 5 cm/ka，冰期的沉積速率平均約為 4.7 cm/ka，沉積速率上並無呈現明顯的冰期-間冰期的差異(圖 3.3)。. 圖 3.3. MD05-2925 岩芯沉積速率圖。圖中實心圓點代表本岩芯所選擇之年代控制點，陰影區塊代表間冰期。. 24.

(34) 3.2 55 萬年來碳同位素記錄本岩芯 55 萬年的 G. sacculifer 碳同位素記錄大致呈現間冰期高，冰期偏低的趨勢(圖 3.4)，而冰消期(Termination I~ VI，簡寫為 TI~T VI) G. sacculifer 表現出相對較低的碳同位素數值，且在低值之後有快速上升的趨勢，故冰消期的碳同位素快速變化代表此時快速轉變的氣候與全球碳的重新分配有同時性記錄。從 55 萬年來的碳同位素記錄中，發現在從 MIS 13 進入 MIS 12 之間，記錄到 MIS 13 有個碳同位素的極大值 2.1‰，快速下降至 MIS 12 的碳同位素最小值 0.7‰，在約 20ka 年間出現 1.4‰的碳同位素快速降低的記錄，顯示碳同位素隨氣候變遷而有重新分配的現象。. 25.

(35) 26. 圖 3.4. 塊代表暖期區間，虛線直線代表六次冰消期(T I~T VI)。. MD05-2925 岩芯 55 萬年來 G. sacculifer 碳氧同位素記錄。氧同位素記錄(圓點)，碳同位素記錄(菱形)。灰色區.

(36) 27.

(37) 3.3 十六萬年以來多種屬氧同位素記錄 MD05-2925 岩芯在十六萬年以來的多種屬浮游有孔蟲之氧同位素記錄呈現出表水種浮游有孔蟲 G. ruber 與 G. sacculifer 兩者間有相近的氧同位素記錄(圖 3.5)。其中 G. sacculifer 在約 20ka 時出現一個明顯變低的氧同位素數值(-1.4‰)，經過多次重複分析該深度樣本，仍得到相同的低值結果，而屬次表水之上部溫躍層有孔蟲 P. obliquiloculata 的氧同位素記錄，亦有類似在氧同位素達最高值前出現突然變輕的情況，唯 P. obliquiloculata 之振幅遠小於 G. sacculifer 之振幅，表示在 20ka 時，在 G. sacculifer 水層確實記錄到一明顯區域性氧同位素變輕的事件，顯示在混合層深度於 20ka 時海水受溫度或鹽度突然改變之影響，反映在混合層深度浮游有孔蟲氧同位素曲線上。. 圖 3.5. MD05-2925 岩芯 G. ruber、G. sacculifer、P. obliquiloculata 多種屬有孔蟲的氧同位素記錄圖。. 28.

(38) 達到氧同位素平衡的浮游有孔蟲的氧同位素記錄主要受到海水溫度和海水氧同位素成份的影響，而在冰期-間冰期尺度海水氧同位素成份主要受到冰川體積的控制，故將同一層位 G. sacculifer、P. obliquiloculata 的氧同位素相減，能夠扣除氧同位素受冰川效應的影響，所得之氧同位素差值理論上即為混合層與溫躍層間氧同位素受到海水溫度變化造成的水層間氧同位素差值。MD05-2925 岩芯 G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 的氧同位素差值(P. obliquiloculata 的氧同位素數值扣除 G. sacculifer 的氧同位素數值後做五點平均，∆δ18Oo-s) 變化記錄顯示冰期與間冰期時 ∆δ18Oo-s 偏高，而冰消期 ∆δ18Oo-s 為偏低的情況。160ka 以來，∆δ18Oo-s 五點平均後的平均差值為 0.8‰，最大值為 1.2‰，發生在 MIS 5e 附近；最小值為 0.3‰，發生在約 43ka 左右(圖 3.6)。T I 時 ∆δ18Oo-s 呈現變小的趨勢，而 T I 時 ∆δ18Oo-s 則為增大的趨勢，代表最近兩次冰消期暖池南緣位置之溫鹽變化並不一致。. 29.

(39) 圖 3.6. MD05-2925 岩芯 160ka 以來，浮游有孔蟲 G. sacculifer (空心圓) 及 P. obliquiloculata (實心圓)氧同位素及兩種屬氧同位素差值 (實線)圖。. 30.

(40) 3.4 十六萬年以來多種屬碳同位素記錄本研究使用多種屬浮游有孔蟲之碳同位素記錄探討次表層海水碳同位素於不同深度之變化。由結果顯示，表水 G. ruber、混合層種 G. sacculifer 及溫躍層種 P. obliquiloculata 三種浮游有蟲於岩芯上部 1000 公分的記錄(圖 3.7)，發現表水種 G.ruber 並無依照深度呈現出最高之碳同位素數值，而混合層種 G. sacculifer 及溫躍層種 P. obliquiloculata 則依生存深度呈現 G. sacculifer 之碳同位素記錄高於溫躍層種 P. obliquiloculata 的現象。主要原因為 G.ruber 之碳同位素雖與海水達成平衡，但因生機效應(如光合作用、生長速率快慢)海水碳酸根離子濃度等影響，產生碳同位素數值偏移的情況(Grossman 1987； Ortiz et al., 1996； Ravelo and Fairbanks, 1995； Spero and Parker, 1985； Spero et al., 1991)，故三種屬之碳同位素記錄並無依照水層位置排列。生活在最接近表水的 G. ruber 碳同位素記錄無明顯的週期變化，且兩次冰消期間的變化趨勢並不相同，亦無明顯冰期與間冰期的差異，160ka 以來 G. ruber 的碳同位素數值有漸升的趨勢。 160ka 以來混合層種 G. sacculifer 的碳同位素有較明顯的週期變化。在兩次冰消期時，僅在 T I 時有一明顯的快速變小事件，視為 δ13Cmin 事件。在早及中全新世時，G. sacculifer 碳同位素表現出爬升的情況，到了全新世晚期則有明顯下降的情況，其變化振幅為三種屬中最大。溫躍層種 P. obliquiloculata 的碳同位素記錄是三種屬中有著最具冰期-間冰期之週期性變化記錄，振幅變化也為三種屬中最小。在最近兩次冰消期時(T I 和 T II)，皆有碳同位素快速降低的記錄，並達到一個最低值，即記錄了兩次的δ13Cmin 事件。因為 P. obliquiloculata 生存在溫躍層上部，較易接受到中層水的混合影響，故能用來探討. 31.

(41) 全球性碳同位素極小值事件，及與氣候變遷的關連。將兩混合層種浮游有孔蟲之碳同位素比值相比，發現 G. ruber、G. sacculifer 的碳同位素曲線有約 0.5‰的偏差，而 G. sacculifer 的碳同位素皆重於 G. ruber，偶有數值相近或是 G. sacculifer 數值較輕的情況(圖 3.7)。將表水種 G. sacculifer 與溫躍層種 P. obliquiloculata 之碳同位素曲線相比較可發現兩種屬間的曲線變化較為一致，且數值相近，G. sacculifer 數值僅略高於 P. obliquiloculata (圖 3.7)。三種浮游有孔蟲之碳同位素比較下，較深水的 G. sacculifer 與溫躍層種 P. obliquiloculata 的碳同位素變化曲線極為相似，而同為表水種的 G. ruber 與 G. sacculifer 卻較無一致性。. 32.

(42) 33. 圖 3.7. P. obliquiloculata (紅色)的碳同位素曲線。. 多種屬碳同位素比較圖。由上而下分別為 160 ka 以來表水種 G. rubber (綠色)、G. sacculifer (藍色)及次表水種.

(43) 第四章. 討論. 4.1. 550ka 以來暖池區浮游有孔蟲氧同位素記錄之比較. 因本岩芯位於西赤道太平洋暖池南緣，故可與與暖池中心區域岩芯 ODP 806B (Berger et al., 1996)、ERDC 84、ERDC 89、 ERDC 93 岩芯(Schiffelbein and Berger, 1996)(圖 4.1)之浮游有孔蟲 G.sacculifer 氧同位素資料相對比，了解 550ka 以來暖池中心與南緣表水之氧同位素變化情況(圖 4.2)。. 圖 4.1. 西太平洋暖池中心 ODP 806B (Berger et al., 1996)、ERDC 84、 ERDC 89、 ERDC 93(Schiffelbein and Berger, 1996)岩芯分布圖 (Tachikawa et al., 2009)。. 34.

(44) 西太平洋暖池具有年均溫為 28℃以上的特性(Webster and Palmer, 1997)，為一表水溫穩定偏高的區域。比較 550ka 以來之記錄發現，暖池中心岩芯氧同位素振幅皆小於南緣之 MD05-2925 岩芯。由前人研究可知，西太平洋岩芯的冰期-間冰期氧同位素振幅與其他海盆相比，普遍有較小的現象，可歸因於冰期-間冰期暖池區的 SST 無改變、生物擾動作用，或是表水鹽度分佈的改變所造成(Broecker, 1986；Martinez et al., 1997)。從過去暖池區古溫度重建記錄顯示，暖池區在過去 5 個百萬年來都維持穩定的溫度(Wara et al., 2005)，故排除暖池南緣之 MD05-2925 岩芯在間冰期有著較暖池中心具更高溫度記錄之可能，但冰期卻可能記錄到暖池因大小、位置的改變而造成暖池邊緣 MD05-2925 岩芯比暖池中心有更低氧同位素數值之可能，其因素可能為暖池南緣海表溫度降低或是降雨區遠離造成鹽度變大。儘管生物擾動會造成的冰期-間冰期沉積物混合效應，而降低冰期-間冰期的氧同位素振幅(Anderson et al., 1989)。本岩芯沉積速率約為 5.2cm/ka，而暖池區岩芯約達 1.5 cm/ka，MD05-2925 岩芯略高於暖池中心岩芯，但西赤道太平洋岩芯相對於其他海盆而言，具有沉積速率普遍偏低之特性，故由於暖池中心岩芯低沉積速率而造成氧同位素振幅降低的情況較小。若不考慮生物擾動所造成的氧同位素振幅減縮，比較 MD05-2925 岩芯與西太平洋暖池中心 ODP 806B (Berger et al., 1996)、ERDC 84、ERDC 89、 ERDC 93(Schiffelbein and Berger, 1996) 岩芯之氧同位素振幅，發現位於暖池南緣的 MD05-2925 岩芯在冰期 -間冰期尺度下能敏感記錄暖池在氧同位素上的變動，暗示暖池南緣處的海表溫度或是海表鹽度會因為暖池位置的偏離，而表現在暖池南緣 MD05-2925 岩芯之氧同位素曲線之振幅大小上。. 35.

(45) 圖 4.2. MD05-2925 岩芯與西太平洋暖池區 ODP806B(159.3°E；0.3°3N；水深: 2520 m)、ERDC84(157.2°E；1.4°N；水深：2339m)、 ERDC89(155.8°E；0.0030°S；水深: 1932 m )、 ERDC93(157.2° E； 1.4°N；水深: 1604 m )岩芯(Berger et al., 1996；Schiffelbein and Berger, 1996)G. sacculiger 在 550ka 來氧同位素記錄比較圖。陰影區代表暖期，雙箭頭實線代表振幅而數字代表振幅大小。 36.

(46) 4.2 160ka 以來混合層與溫躍層間氧同位素值變化以來混合層與溫躍層間氧同位素值變化本研究利用浮游有孔蟲建立水層變化，假設混合層 G. sacculifer 與溫躍層的 P. obliquiloculata 的兩種浮游有孔蟲在 55 萬年來沒有生長偏好深度上的變化，計算兩種屬之氧同位素差值，以差值的變化趨勢來探討水層結構在冰期-間冰期尺度上的差異。而 MD05-2925 岩芯位處混合層發育良好之暖池地區，亦無湧升作用之外加影響，且在多種屬浮游有孔蟲氧同位素值上，皆有明顯依所生存之水層深度分布的情況，故本岩芯之氧碳同位素數值無進行標準化處理。此外由 MD05-2925 岩芯 G. sacculifer 及 P. obliquiloculata 的 Mg/Ca 所轉換而成的溫度(Lo et al., 2008)及兩種屬間的溫度差值可以用來輔助說明 160ka 以來冰期-間冰期時，在水層結構上的變遷。比較兩種屬間氧同位素差值(以 ∆δ18Oo-s 代表)與兩種屬間鎂鈣比溫度差值(以 ∆Τs-o 代表) (Lo et al., 2008)數值經五點平均處理後的變化趨勢，發現在 MIS5 時，∆Τs-o 呈現一個低震盪的高原區，∆δ18Oo-s 變化上有著相同的變化趨勢(圖 4.3)。在 MIS 1 時，兩種差值均有增大的情況。相較於間冰期 ∆δ18Oo-s 與 ∆Τs-o 變化趨勢相近，冰期時溫度差值增大時，氧同位素差值則是變小；溫度差值變小時，氧同位素差值卻增大，代表此時氧同位素與溫度兩者間的變化有先後出現的情況，並受到海水氧同位素變化的影響。可以 G. sacculifer 及 P. obliquiloculata 的氧同位素差值-即 ∆δ18Oo-s，視為混合層與溫躍層之間的垂直向熱量梯度(thermal gradient)強度的變化(Sato et al.,2008)。故當本岩芯間冰期 ∆δ18Oo-s 與 ∆Τs-o 變化趨勢一致時，代表此時混合層與溫躍層間垂直向熱量梯度變化與溫差變化一致；反之，冰期時混合層與溫躍層間垂直向熱量梯度變化與溫差變化為反向關係，可能因此時降雨胞位置改變而使鹽度隨之變化，反應在浮游有孔蟲氧同位素數值上。. 37.

(47) 圖 4.3. MD05-2925 岩芯 160ka 以來，浮游有孔蟲 G. sacculifer 及 P. obliquiloculata 兩種屬間，經過五點平均後之氧同位素差值(上圖，實線)及鎂鈣比溫度差值(下圖，虛線)比較圖(Lo et al., 2008)。陰影區代表間冰期區間。. 38.

(48) 為了呈現 MD05-2925 岩芯混合層和溫躍層在不同時期之氣候型態時變化，可由 G. sacculifer 及 P. obliquiloculata 兩個種屬於特定時期之氧同位素數值和鎂鈣比值溫度上之兩種屬間的差值的變化，探討不同時期在不同影響因素下所呈現之氣候類型 (表 4.1)。. 表 4.1. G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 溫度差值與氧同位素差值比較表. 混合層溫躍層差值. 混合層溫躍層差值換算成溫差. 平均鎂鈣比溫度 (℃) MIS 1 MIS 5.5 LGM MIS 6.2 TI T II 27.2 29.1 24.7 26.0 26.0 27.1 23.9 25.1 21.0 21.9 22.9 23.3 4.0 3.6 4.1 3.1 3.8 3.3 18 平均δ O (‰) MIS 1 MIS 5.5 LGM MIS 6.2 TI T II -2.4 -0.7 -0.4 -0.9 -1.2 -2.1 -1.3 -0.9 0.2 0.1 -0.2 -0.5 0.8 1.5 0.9 0.5 0.7 0.7 ~4℃ ~7.5℃ ~4.5℃ ~2.5℃ ~3.5℃ ~3.5℃. 表 4.1 結果顯示，溫躍層與混合層間氧同位素差值於 MIS 5.5 時氧同位素差值達到最大約為 1.5‰，換算成溫度差值後約可使溫度改變 7.5℃，換算後的溫度遠大於實際鎂鈣比溫度差值，應為鹽度效應導致，此時西太平洋暖池範圍擴張，導致降雨胞向南擴大，使表水鹽度變小，使混合層與溫躍層間氧同位素差值變大。於 MIS 6.2 時，氧同位素差值所換算出能影響的溫度遠小於實際鎂鈣比溫度差值，亦為鹽度效應所致，此時西太平洋暖池範圍縮減，可能導致降雨胞偏離 MD05-2925 岩芯站位，故本岩芯記錄到表水鹽度變大而使氧同位素隨之變重。而在 MIS 1、LGM、T I 及 T II 時氧同位素差值所換算出之溫度變化量皆與實際鎂鈣比溫度差值相近，暗指該時期表水鹽度變化小。. 39.

(49) 利用表 4.1 之冰期與間冰期數值，仿照 Sato et al.(2008)所採用的垂直水層變化方式，將 MD05-2925 岩芯在 MIS 1 時鎂鈣比溫度資料標示到現今所羅門海地區東經 151.5°南緯 9.5°的溫度剖面圖上 (NOAA, 2005)，重建出 16 萬年來所羅門海地區的水層圖(圖 4.4)。 MD05-2925 岩芯在 MIS 1 時表水與溫躍層鎂鈣比溫度於現今溫度剖面所對應之深度，與 G.sacculifer 及 P. obliquiloculata 兩個種屬之生存深度相符合，故本研究所選定之混合層與溫躍層深度的浮游有孔蟲，的確能記錄過去混合層與溫躍層深度之變化，以利探討西太平洋暖池南緣水文因應氣候變遷產生之改變。圖 4.4 顯示各時期與 MIS1 相比，混合層與溫躍層溫度皆隨冰期或間冰期而移動，而冰期過渡到間冰期時候的冰消期之混合層與溫躍層溫度皆介於間冰期與冰期之間。. 圖 4.4. 結合研究區域站位(9.5S，151.5E)現今海洋溫度剖面資料 (Locarnini et al., 2006)，與冰期、間冰期兩種氣候型態時 G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 的溫度平均，呈現所羅門海地區 16 萬年來冰期間冰期時的水層結構變化。. 40.

(50) 為了呈現出太平洋暖池區中心與南緣在不同氣候型態的位置變化情況，利用 MD05-2925 與 ODP 806B 岩芯在 MIS 1、MIS 5.5、MIS 6.2、LGM、T I、T II 時 G. sacculifer (表水)與 P. obliquiloculata (溫躍層)的氧同位素比較圖(圖 4.5)，以最接近現今暖池水文環境的 MIS 1 為基準進行不同時期氧同位素變化之比較。由結果呈現暖池中心與南緣於溫躍層深度之氧同位素數值相近，唯表水氧同位素差值於 T II 時最大，暖池中心較南緣負 1.8‰；MIS 5.5 時暖池南緣較中心變負 0.7‰；LGM 與 MIS 6.2 時分別有 0.5‰與 0.4‰之差異，MIS 1 和 T 1 時暖池中心與邊緣岩芯氧同位素差異最小，代表在此時暖池中心與南緣的氧同位素差異小，MD05-2925 岩芯仍在暖池含括的範圍內。觀察冰期-間冰期各時期混合層與溫躍層之氧同位素斜率，發現 MIS 5.5 時暖池中心與南緣間氧同位素斜率差異最大，顯示暖池中心與南緣兩者水文迥異，此結果呼應表 4.4 所觀察到 MIS 5.5 時本岩芯站位受到鹽度效應影響氧同位素變化。除 MIS 5.5 之外，暖池中心與南緣 MD05-2925 岩芯間之混合層與溫躍層氧同位素數值差異小，斜率亦相近，代表最近兩次冰消期、MIS 1、LGM、MIS 6.2 時暖池南緣與中心之水文條件相近，沒有明顯差異。. 41.

(51) 圖 4.5. MD05-2925 與 ODP 806B 岩芯在 MIS 1、MIS 5.5、MIS 6.2、LGM、 T I、T II 時 G. sacculifer(表水)與 P. obliquiloculata(溫躍層)的氧同位素比較圖。ODP 806B 岩芯氧同位素(Berger et al., 1996)。. 42.

(52) 由 MD05-2925 與 ODP 806B 岩芯在 MIS 1、MIS 5.5、MIS 6.2、 LGM、T I、T II 時 G. sacculifer(表水)與 P. obliquiloculata(溫躍層)的鎂鈣比溫度比較圖(圖 4.6)，以最接近現今暖池水文狀況之 MIS 1 為比較基準，分別探討不同時期暖池中心與南緣間表水及南緣溫躍層溫度的改變情況。暖池中心與南緣海表溫差於 MIS 5.5 時，達到最小值，代表 MIS 5.5 時暖池範圍上有往南方延伸的現象，使暖池南緣與中心岩芯之表水溫差達極小值。該現象與表 4.4 及圖 4.5 結果相符合，由於 MIS 5.5 時暖池中心與南緣表水溫差極小，故氧同位素的差異可由鹽度效應做解釋，由氧同位素及鎂鈣比溫度之比較結果顯示 MIS 5.5 時，暖池發育良好使其範圍擴及其南緣地區，且降雨胞對表水鹽度之影響相對於 MIS 1 時來得大，儘管表水溫度相近，但由於降雨機制與 MIS 1 不同，故將此鹽度效應反映在氧同位素上。而在 T I 和 T II 時暖池中心與南緣間表水溫差較大，以 T I 為最。溫躍層深度之鎂鈣溫度，以最接近現代水文環境 MIS 1 溫躍層溫度為基準，溫躍層深度記錄顯示，冰期時暖池南緣站位有較低溫之溫躍層溫度，代表冰期溫躍層深度較淺。當冰期結束，進入冰消過程時，T I 與 T II 之溫躍層溫度與冰期相比，有突然增高的現象，於冰消期時暖池南緣 MD05-2925 岩芯能記錄到溫躍層明顯變深的現象。前人由浮游有孔蟲對太平洋暖池溫躍層深度變化的重建研究顯示，溫躍層深度記錄呈現出與初級生產力(primary production)記錄相當符合的表現(Beaufort et al., 2001)。冰消期西太平洋暖池呈現出初級生產力增加且溫躍層深度變深的情況( de Garidel-Thoron et al., 2007)，代表冰消期貿易風有明顯增強的現象，與 La Niña 氣候情況較為一致。此外，從 Ontong-Java plateau 所重建的 pCO2 記錄也指出，末次冰消期亦為 La Niña 氣候情況(Palmer and Pearson, 2003)。. 43.

(53) 圖 4.6. MD05-2925 與 ODP 806B 岩芯在 MIS 1、MIS 5.5、MIS 6.2、LGM、 T I、T II 時 G. sacculifer(表水)與 P. obliquiloculata(溫躍層)的鎂鈣比溫度比較圖，MD05-2925 鎂鈣比溫度(Lo et al., 2008)，ODP 806B 鎂鈣比溫度(Lea et al., 2000)。. 44.

(54) 從溫度上的差異呈現暖池南緣區在間冰期有著較厚的混合層，代表此時水層層化作用強烈，混合層發育良好，顯示信風造成的混合作用強烈。中心與南緣所出現的極大差異，指示此時雖然在溫度上與暖池差異小，但水體氧同位素有明顯的改變。綜合暖池中心與南緣岩芯在表水及溫躍層之氧同位素與溫度記錄，可歸納出暖池在冰期-間冰期尺度下的演變情況： 1. 冰期：暖池南緣溫躍層溫度低，呈現出溫躍層深度較淺的情況，代表暖池在南緣處較為式微。 2. 冰消期：暖池南緣溫躍層溫度較冰期明顯增加，短時間內的溫躍層深度突然變深，暗指此時為 La niña 事件發生頻繁之 La niña-like 氣候型態。對應到貿易風、東太平洋湧升流皆有增強的情況，可與南濱洋暖化建立遙相關。 3. 間冰期：從暖池中心與南緣岩芯表水溫差達到極小值的記錄，佐以溫躍層溫度達最高，代表溫躍層深度最深的記錄，皆顯示暖池自冰消期至間冰期間經長期的暖水堆積，而使暖池發育良好，涵蓋南緣 MD05-2925 岩芯站位，此時暖池最為強勢。在 MIS 5.5 時由於暖池中心與南緣間之氧同位素差異，故可推論為此時氧同位素之差異主要來自鹽度的改變。. 45.

(55) 4.3 MD052925 岩芯碳同位極小值事件之探討 Spero 和 Lea (2002)探討從印度-太平洋、亞南極和南大西洋的浮游有孔蟲碳同位素記錄，在冰期末期冰消作用開始時，碳同位素都會發生極小值的記錄。 Spero 和 Lea (2002) 認為東赤道太平洋 TR163-19 岩芯浮游有孔蟲的碳同位素極小值數值是由於南濱洋 (Southern Ocean)深水處之低碳同位素數值藉由南濱洋變暖引發大規模透氣作用(ventilation)帶到亞南極模態水或是南極中層水的生成區，再從溫躍層深度傳送至赤道地區。Pena 等人(2008)接續 Spero 和 Lea (2002)的研究結果，藉由東赤道太平洋湧升流區 Site 1240 岩芯來探討東赤道太平洋區碳同位素極小值事件的成因，認為天文軌道力歲差(precession)主要調控東赤道太平洋湧昇作用的強度，而天文軌道力-地軸傾角(obliquity) 影響高緯度南極區域，而低碳訊號則與西風帶南移和極區中層水的生成有關，進而建構出高低緯度間具有遙相關的機制。觸發間冰期時南極暖化的原因，是南半球日照量的改變所引起的海冰消退。消退的海冰導致南濱洋的艾克曼傳輸作用 (Ekman transport)增強，亦使海氣交互作用發生範圍擴大，海水的層化作用(stratification)則為降低(Stott et al., 2007)。而通氣作用隨海氣交互作用增加而一併增強，導致原本封存於深海的 CO2 被釋放回大氣，而使大氣 CO2 濃度提高(Spero and Lea, 2002)。大氣二氧化碳量的增加導致暖空氣受熱膨脹上升且暖空氣周圍的冷空氣變冷，因此在南北半球西風帶的熱對比(thermal contrast)變大，致使西風變強，且出現向極區偏移的反應(Toggweiler & Russell, 2008)。反之，在冰期大氣二氧化碳含量較少(Brovkin et al., 2007)，大氣當中的熱對比相對降低，高空西風相對變弱，此時西風帶位於環南極流 (Antarctic Circumpolar Current ，簡稱為 ACC) 的北方 (Toggweiler & Russell, 2008)，故減少了西風對南濱洋的影響。西風. 46.

(56) 帶向極區移動的結果增強了環南極流的流速，環南極流的增強使南極的湧升作用增強(Pena et al., 2008)。由許多位於南極鋒(Antarctic Polar Front，簡稱為 AF)以南海洋岩芯的冰消期蛋白石高通量記錄，顯示冰消期的溶解態矽含量增高(Anderson et al., 2009)，間接證實因西風帶接近環南極流，促使湧升作用的增強。許多研究顯示，冰消期時南極湧升作用增強將深海高營養鹽及溶解無機碳同位素等化學訊號帶至海水表面，海表水再經冷卻而下沉，形成南極中層水或是亞南極模態水，從溫躍層深度位置，將具南極深水特性的化學訊號(高營養鹽、溶解無機碳)傳送至東赤道太平洋地區(Spero and Lea, 2002；Pena et al., 2008; Anderson et al., 2009)。除了南極有湧升流增強記錄，東赤道太平洋地區許多海洋岩芯皆顯示(Loubere et al., 2007；Pena et al., 2008；Anderson et al., 2009)，冰消期時蛋白石累積量亦有增高的情況，代表此時東赤道太平洋區湧升至海表的營養鹽同樣增高，有生產力上升的記錄(Kienast et al., 2006; Bradtmiller et al., 2006; Anderson et al., 2009)。除高營養鹽在冰消期藉由南極中層水或是亞南極模態水的傳送而表現在東赤道太平洋區的生產力提高之外，南極區所湧升上來的深海溶解無機碳的碳同位素偏低訊號也表現在東赤道太平洋海洋岩芯浮游有孔蟲的碳同位素紀錄上 (Spero and Lea, 2002; Spero et al., 2003; Loubere et al., 2007；Pena et al., 2008；Anderson et al., 2009)。Spero and Lea (2002)認為東赤道太平洋區的冰消期的碳同位素極小值事件，是源自南濱洋深海水團，藉由亞南極中層水或是亞南極模態水傳送至印度太平洋溫躍層。而 Loubere 和 Bennett(2008)證實，太平洋亞南極區浮游有孔蟲碳同位素記錄也與東赤道太平洋的記錄相似，認為赤道區溫躍層深度的碳同位素記錄似乎是源自於亞南極地區。以下分別探討兩次碳同位極小值事件於西赤道太平洋所羅門海域的表現情況。. 47.

(57) 4.3.1. Termination Ⅰ碳同位素最小值事件 MD05-2925 岩芯 30ka 以來 G. sacculifer ( 表水 ) 與 P.. obliquiloculata (溫躍層)的碳同位素曲線(圖 4.7-c)在 10~11ka 左右，表水及溫躍層兩種屬都出現一明顯的碳同位素低值現象。西赤道太平洋地區在過去 30ka 以來並無明顯δ13Cmin 事件的報導，而東赤道太平洋湧升流區的δ13Cmin 事件則發生在 10~11ka 左右(Loubere et al., 2007)，可知本岩芯之碳同位素低值現象與 Loubere 等人(2007)所比對的東赤道太平洋多根岩芯(V19-28、ODP 849、ODP 849)的δ13Cmin 事件的發生時間點相近，亦與 Pena 等人(2008)的岩芯 Site 1240 岩芯有相似的 δ13Cmin 事件記錄，故可推測西赤道太平洋所羅門海之 MD05-2925 岩芯亦有明顯δ13Cmin 事件的記錄，故可以將碳同位素的驟降情況連結到南濱洋的氣候變遷。由 30ka 以來 Dome C 冰芯(Monnin et al., 2001)與 Vostok 冰芯 (Petit et al., 1999; Pepin et al., 2001; Raynaud et al., 2005)的 CO2 濃度變化(圖 4.7-a)可知，當 MD05-2925 岩芯的碳同位素約於 18ka 開始驟降時，在南極的 CO2 濃度則是出現一個開始上升的情況，許多研究皆認為南極 CO2 濃度的上升主要是由於南濱洋變暖後透氣作用旺盛，儘管至今南極 CO2 濃度的上升不能由單一機制去解釋所有的上升量(Anderson et al., 2009)，然而一般認為海洋深部的透氣作用在氣候溫暖時比起在寒冷時有增強的現象。海洋透氣作用之所以會影響氣候改變，主要是因為，當富含營養鹽的水湧升到海表，CO2 會被釋放到大氣，而湧升至表面之營養鹽能供應浮游生物使用，提高生產力，且浮游生物生長過程中，會使用湧升到海表的溶解態無機碳 (dissolved inorganic carbon，DIC)，並沉降回海底(de Boer et al., 2007)。此外，海洋的翻轉作用(overturning)，如湧升作用、中層水的生成，皆為垂直交換作用，有助於釋放海洋內部的 CO2( de Boer et al.,. 48.

(58) 2007)。Toggweiler 等人(1999)認為從冰期-間冰期時間尺度上來看，大氣 CO2 濃度是由極區的湧升作用和沉降作用所驅動的。在表水及溫躍層溫度的變化方面，MD05-2925 岩芯的另一獨立的溫度記錄-鎂鈣比溫度也在 10~11 ka 兩個種屬上呈現開始升溫的現象(圖 4.7-b)，東赤道太平洋許多岩芯記錄皆顯示在冰消期湧升流有變強的現象(Spero and Lea, 2002)，由於東赤道區的湧昇流是源自於南極 AAIW 所提供的水，故許多東赤道太平洋區溫躍層種浮游有孔蟲的δ13Cmin 事件皆是以此與南極的變暖和南極 CO2 濃度的上升做連結。由 Pena 等人(2008)所提出的假說可知，在 MD05-2925 岩芯 Termination II 時期的浮游有孔蟲的δ13Cmin 事件發生時，主要調控東赤道太平洋湧昇作用的強度的天文軌道力-歲差(precession)值低，處於控制力大的時期，而影響高緯度南極區域的天文軌道力-地軸傾角 (obliquity)則較高，對高緯度區-南極產生極大影響，造成南極變暖。結合軌道力的控制與湧升作用的增強，東西赤道兩側呈現西暖冬冷，溫度梯度增大的情況，故可推測此時應為 La Niña-like 的氣候情況。 Spero and Lea(2002)認為，冰期過後的深海通氣作用和亞南極鋒以南的湧升作用擴大，導致東赤道湧升流區的δ13Cmin 事件。而 Loubere 等人(2007) 利用溫躍層種的浮游有孔蟲 Neogloboquadrina dutertrei 的碳同位素作為東赤道太平洋區古生產力的代用指標，結果顯示，與標準分層(standard stratified)時的海洋比較起來，碳同位素數值強烈變負的特性代表此時處於較高營養鹽的情況；反之，當碳同位素數值快速偏向正時，則是代表營養鹽減低的情況(Loubere et al., 2007)。 Loubere 和 Fariduddin(2008)指出東赤道太平洋區從冰期至今，營養鹽和溫度間的變化情況共經過三個階段：(1)冰期：生產力低、溫. 49.

(59) 躍層營養鹽低；(2)冰消期早期：供應東赤道太平洋溫躍層的營養鹽和 CO2 有明顯的增加，但於碳同位素變輕的同時，南濱洋沙塵的供應量也有減少情況，使亞南極生物幫浦作用(subantarctic biotic pump) 減弱，導致營養鹽使用效率降低造成生產力降低，故表現出高營養鹽低葉綠素的情況(Anderson et al., 2002; Kohler et al., 2005)；(3)最近 14ka B.P.時期：表層海水溫度(sea surface temperature，簡稱為 SST) 較高，溫躍層營養鹽濃度亦較高，伴隨著較高的生產力。日照量最小期發生在 13~9ka 之間，是營養鹽與輸出量最大期，亦是 MD05-2925 岩芯碳同位素極小值事件發生的時間，顯示東西赤道太平洋皆能同時接收到南極氣候變遷所導致富營養鹽或低碳同位素數值海水藉由南極中層水或是亞南極模態水送至赤道地區溫躍層，而被記錄。. 50.

(60) 圖 4.7、(a) Vostok 與 Dome C 冰芯 30ka 以來 CO2 濃度(Petit et al. 1999; Pepin et al. 2001; Raynaud et al. 2005; Monnin et al. 2001)，歲差值及地軸傾角。(b) G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 鎂鈣比溫度(Lo et al., 2008)。(C) G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 的碳同位素記錄。 51.

(61) 4.3.2. Termination Ⅱ碳同位素最小值事件由 110~150ka 以來 MD05-2925 岩芯的 G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 的碳同位素記錄顯示，只有溫躍層種的 P. obliquiloculata 出現δ13Cmin 事件，與 Termination I 時的表現大為不同(圖 4.8c)，由此時天文軌道力-歲差值與地軸傾角變化(圖 4.8a) 與的 TerminationⅠ時相比較，歲差值與地軸傾角變化相似，皆為高地軸傾角與低歲差值時期，但角度與值不完全相同，因此兩時期在浮游有孔蟲的碳同位素記錄上呈現相異的情況。在南極 CO2 濃度的表現上，當溫躍層種的 P. obliquiloculata 碳同位素在約 137.5ka 開始驟降時，南極 CO2 濃度同時亦呈現上升的現象，兩次冰消期皆有相同的記錄。從 MD05-2925 岩芯之美鈣比溫度資料顯示(圖 4.8b)，在約 137.5ka 之後海表及溫躍層溫度皆有上升的情況，與 Termination I 時的差異在於，在達到碳同位素最小值時，表水及溫躍層溫度皆有約 1℃的變冷現象，同時南極 CO2 濃度亦在升高後出現一微降現象。. 52.

(62) 圖 4.8. (a) Vostok 冰芯 110~150ka 以來的 CO2 濃度(Petit et al. 1999; Pepin et al. 2001; Raynaud et al. 2005)，歲差值及地軸傾角。(b) G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 的鎂鈣比溫度(Lo et al., 2008)。(C) G. sacculifer 與 P. obliquiloculata 的碳同位素記錄。. 53.

(63) 綜觀兩次冰消期的13Cmin 事件除了 Termination I 時 G. sacculifer 具13Cmin 事件外，在表水 G. ruber 與 G. sacculifer 的表現皆不如溫躍層種的 P. obliquiloculata 13Cmin 事件明顯，Spero 等人(2003)認為，低碳訊號主要藉由南極中層水的傳輸帶來，故表水因為混合作用而無法記錄之。除了表水的混合作用外，因生產力對碳同位素低值產生的抵消亦是造成表水碳同位素極小值事件記錄缺乏的原因(Andreasen et al., 2001; Farrell et al., 1995; Loubere, 2000)。因浮游有孔蟲碳同位素所受的影響因素複雜，且無法單獨區別分開，故本岩芯碳同位素的討論上，僅針對明顯的極小值事件進行比較與討論，由多種浮游有孔蟲在兩次冰消期的碳同位素記錄，可發現暖池南緣的溫躍層深度在冰消期時會受到源自南極的水團訊號，儘管在溫度上與暖池差異不大，但在氧碳同位素上皆能顯示受到水團影響的證據。. 54.

(64) 第五章. 結論. 1. 所羅門海 MD05-2925 岩芯之年代架構由浮游性有孔蟲 G. sacculifer 之氧同位素所建立，藉由 5 個碳十四定年點及 29 個氧同位素事件，與低緯度區氧同位素綜合曲線作對比，建立 55 萬年以來之古水文記錄。 2. 由西太平洋暖池南緣 MD05-2925 岩芯之表水種浮游性有孔蟲 G. sacculifer 之氧同位素與暖池中心 ODP 806B、ERDC 84、ERDC 89、 ERDC 93 岩芯相對比，其冰期-間冰期振幅遠大於暖池中心岩芯， MD05-2925 岩芯能敏感反應暖池南緣的冰期間冰期氧同位素變化，因其較高沉積速率為西赤道地區良好之指標性岩芯。 3. 暖池中心 ODP 806B 岩芯與南緣 MD05-2925 岩芯過去 160ka 以來之氧同位素記錄顯示在 MIS 5.5 時，暖池中心與南緣之氧同位素數值差異大，且兩岩芯於表水與溫躍層間氧同位素差異大，但鎂鈣比溫度卻顯示暖池中心與南緣水溫差異極小，推估為鹽度效應所致，由於水體氧同位素數值與殼體氧同位素數值之關聯，可知水體氧同位素同為變重，表示海水變鹹，暗示降雨機制與暖池中心不同或受其他水團影響。 4. 將溫躍層種 P. obliquiloculata 160ka 以來鎂鈣比溫度變化與間冰期相比，認為冰期溫躍層深度明顯較間冰期為淺，冰期進入間冰期時的冰消過程則有明顯變深的記錄。. 55.