白令海和西北冰洋表層沉積物磁化率特征初步研究

汪衛(wèi)國(guó)，戴霜，陳莉莉，吳日升，余興光

（1.國(guó)家海洋局第三海洋研究所，福建廈門(mén) 361005；2.蘭州大學(xué)西部環(huán)境與氣候變化研究院西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730000）

白令海和西北冰洋表層沉積物磁化率特征初步研究

汪衛(wèi)國(guó)1，戴霜2，陳莉莉1，吳日升1，余興光1

（1.國(guó)家海洋局第三海洋研究所，福建廈門(mén) 361005；2.蘭州大學(xué)西部環(huán)境與氣候變化研究院西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730000）

為了準(zhǔn)確解釋環(huán)境磁學(xué)參數(shù)記錄的極地古氣候環(huán)境變化信息，本研究對(duì)白令海和西北冰洋61個(gè)站位的表層沉積物進(jìn)行了高、低頻質(zhì)量磁化率（χ）、非磁滯磁化率（χARM）和磁化率-溫度（k-T）分析，以探明該區(qū)沉積物中磁性礦物的種類(lèi)、來(lái)源與搬運(yùn)路徑。結(jié)果顯示，樣品的χ具有明顯的地域分布特征。白令海的χ值整體高于楚科奇海，并在育空河口外側(cè)和圣勞倫斯島南側(cè)較高，向北和向西南方向逐漸減小。楚科奇海中東部陸架上表層沉積χ值高于阿拉斯加沿岸，而西北冰洋深海平原和洋脊區(qū)的χ值最低。χARM的變化趨勢(shì)與質(zhì)量磁化率相似，但頻率磁化率的變化趨勢(shì)與質(zhì)量磁化率正好相反。k-T分析結(jié)果顯示阿留申海盆沉積物中的鐵磁性礦物以磁赤鐵礦占主導(dǎo)，白令海陸架育空河口外側(cè)和圣勞倫斯島南北兩側(cè)為磁鐵礦，白令海陸架西部和楚科奇海陸架中東部為磁赤鐵礦和磁鐵礦，楚科奇海阿拉斯加沿岸為黃鐵礦，而西北冰洋陸坡、深海平原和洋脊區(qū)為膠黃鐵礦和黃鐵礦，但高緯度區(qū)沉積物中的膠黃鐵礦含量更高。沉積物中磁性礦物的區(qū)域性分布受沉積物來(lái)源、洋流和底質(zhì)環(huán)境等因素的控制。白令海和楚科奇海陸架磁赤鐵礦來(lái)源于亞洲大陸，白令海陸架東部的磁鐵礦來(lái)自育空河流域，阿拉斯加沿岸沉積物中的黃鐵礦，應(yīng)為阿拉斯加西北部陸源侵蝕來(lái)源的或早期成巖作用形成的，西北冰洋深海盆區(qū)的膠黃鐵礦，為自生成因的。

白令海；西北冰洋；磁化率；磁性礦物；沉積物來(lái)源

1 引言

環(huán)境磁學(xué)分析具快捷、簡(jiǎn)單、成本低、不損毀樣品等優(yōu)點(diǎn)，而且，環(huán)境磁學(xué)還可以解決一些化學(xué)和其他物理學(xué)方法難以解決的問(wèn)題［1］，這使得環(huán)境磁學(xué)自20世紀(jì)70年代以來(lái)迅速發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于氣候變化、環(huán)境污染、生物礦化、沉積作用和成巖過(guò)程等領(lǐng)域［2—6］。

近年來(lái)，環(huán)境磁學(xué)技術(shù)應(yīng)用于海洋沉積物（包括污染物）來(lái)源與輸運(yùn)的研究，尤其是大尺度沉積物源到匯的研究，如北大西洋［7—8］、墨西哥灣［9］、中國(guó)陸架邊緣海［10—14］等。海洋沉積物中磁性礦物的種類(lèi)和成因多樣，既有鐵氧化物，如磁鐵礦、磁赤鐵礦等，也有鐵硫化物，如膠黃鐵礦、磁黃鐵礦等；既有經(jīng)河流和大氣陸源輸入的，也有生物成因和早期成巖作用形成的［2，15—20］，利用環(huán)境磁學(xué)方法獲得沉積物中磁性礦物的種類(lèi)及含量變化，可辨別沉積物來(lái)源及成因。北冰洋海區(qū)，由于有孔蟲(chóng)、硅藻等含量較低，且不易保存，致使古氣候環(huán)境變化研究困難，但環(huán)境磁學(xué)卻非常適用于該海區(qū)的研究［21］。Stein等利用磁化率研究了葉尼賽河和鄂畢河的入海泥沙來(lái)源及其在喀拉海陸架上的分布［22］。Brachfeld等研究了楚科奇－阿拉斯加陸架邊緣早期成巖作用對(duì)磁學(xué)參數(shù)的影響［21］。迄今為止，有關(guān)西北冰洋及白令海沉積物環(huán)境磁學(xué)參數(shù)在大尺度海域的變化研究鮮有報(bào)道。西北冰洋和白令海從陸架至海盆水深變化大，水動(dòng)力環(huán)境復(fù)雜［23—25］，該海域表層沉積物磁學(xué)特征的研究，將有助于對(duì)該海區(qū)沉積物來(lái)源、輸運(yùn)、磁性礦物成因等的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而為該地區(qū)古氣候環(huán)境變化和古地磁研究中對(duì)磁學(xué)參數(shù)的解釋提供基本信息?；诖四康?，本文分析了白令海和西北冰洋表層沉積物的磁化率變化特征，并探討了其反映的沉積物來(lái)源及成因。

2 材料與方法

本文研究樣品為2010年中國(guó)第四次北極科學(xué)考察期間利用箱式取樣器在白令海和西北冰洋采集的61個(gè)站位的表層沉積物（見(jiàn)圖1，站位名見(jiàn)圖5）。用塑料勺取最表層2～5 cm的沉積物裝入封口塑料袋，4℃冷藏保存。用于磁化率分析的樣品，在40℃下烘干后，用瑪瑙研缽使樣品分散開(kāi)，稱(chēng)取約7～10 g的干樣（精確到0.001 g）裝入8 cm3無(wú)磁性塑料盒（容積為4.74 cm3）后，在國(guó)家海洋局第三海洋研究所環(huán)境磁學(xué)實(shí)驗(yàn)室用MFK1-FA卡帕橋磁化率儀進(jìn)行磁化率測(cè)量。樣品分別在976 Hz和15 616 Hz頻率下各測(cè)量3次，取平均值作為每個(gè)樣品的低頻和高頻體積磁化率（klf和khf），然后用質(zhì)量歸一獲得低頻和高頻質(zhì)量磁化率（χlf和χhf）。頻率磁化率的計(jì)算公式如下：磁化率隨溫度的變化（k-T）也用MFK1-FA磁化率儀測(cè)量，其高溫裝置為CS-4，測(cè)量時(shí)在氬氣環(huán)境下先將樣品由室溫加熱至700℃，再冷卻至室溫。非磁滯磁化率（χARM）的測(cè)量用D-2000型交變退磁儀和JR6A旋轉(zhuǎn)磁力儀完成，先將樣品在100 mT交變磁場(chǎng)和0.05 m T的恒定直流磁場(chǎng)中退磁后，測(cè)量其非磁滯剩磁（ARM），再除以退磁時(shí)的直流磁場(chǎng)（0.05 m T）即為χARM。

3 地質(zhì)環(huán)境背景

61個(gè)表層沉積物站位分布在白令海和西北冰洋，涵蓋阿留申海盆、白令海陸架、楚科奇海陸架、加拿大海盆（包括楚科奇海盆、門(mén)捷列夫海盆）、北風(fēng)脊、阿爾法脊、馬卡羅夫海盆等海域。白令海為半封閉海，面積2.29×106km2，其東北部為陸架區(qū)，水深向西和西南方向變深。白令海西南部的阿留申海盆，水深約3 800～3 900 m。楚科奇海陸架中部的哈羅德淺灘和東北部的哈納淺灘，使楚科奇海陸架形成3條向北的低地形，自西向東分別為哈羅德水道（Herald Valley）、中央水道（Central Channel）和巴羅峽谷（Barrow Canyon）。

沿阿留申島弧南側(cè)向西流的阿拉斯加洋流經(jīng)阿留申群島間的海峽進(jìn)入白令海后，沿島弧北側(cè)折向東流，受白令海陸坡的阻擋后，再折向西北沿陸坡形成逆時(shí)針環(huán)流。其中，部分洋流爬升至陸架并向北流動(dòng)，經(jīng)白令海峽進(jìn)入楚科奇海。白令海陸架向北的洋流分為3支，東側(cè)的為阿拉斯加沿岸流，中部的為白令海陸架流，西側(cè)的為阿納德?tīng)柫?。這3股洋流在流經(jīng)白令海峽時(shí)，未完全混合。阿拉斯加沿岸流仍沿阿拉斯加沿岸向北并經(jīng)巴羅峽谷流入波弗特海。阿納德?tīng)柫骱桶琢詈ｊ懠芰鬟M(jìn)入楚科奇海后，受地形的影響，一支經(jīng)哈羅德水道向北流，另一支經(jīng)中央水道向北流。在楚科奇海以北的西北冰洋海盆區(qū)，表層為波弗特環(huán)流，次表層為北大西洋流，這兩股洋流的流動(dòng)方向相反［24］（見(jiàn)圖1）。

所采集樣品的粒度分析結(jié)果顯示，白令海陸架和楚科奇海陸架表層沉積物較粗，為粉砂質(zhì)砂或砂質(zhì)粉砂，阿留申海盆、楚科奇海陸坡及其前緣海盆區(qū)的表層沉積物為粉砂或泥。西北冰洋高緯度區(qū)的門(mén)捷列夫海盆、阿爾法脊和馬卡洛夫海盆的表層沉積物為粉砂質(zhì)泥。

4 分析結(jié)果

4.1 質(zhì)量磁化率（χlf）

白令海和西北冰洋表層沉積物χlf在3.26×10－8～40.08×10－8m3／kg之間，并在區(qū)域上變化明顯（見(jiàn)圖2）。白令海圣勞倫斯島以南、育空河口以西的陸架區(qū)，表層沉積物的χlf值整體較高，均大于20×10－8m3／kg，最高值達(dá)40.08×10－8m3／kg（NB-A站），χlf值向西和西南方向減小，至阿留申海盆的B06站位，χlf減小為6.43×10－8m3／kg。由圣勞倫斯島向北至白令海峽，χlf也呈逐漸降低的變化趨勢(shì)。經(jīng)白令海峽進(jìn)入北冰洋，表層沉積物的χlf值整體低于白令海陸架上的。在楚科奇海陸架，除靠近阿拉斯加沿岸個(gè)別站位外，如CC8、C05、C06、S21等的χlf值低于10× 10－8m3／kg外，其他絕大部分站位表層沉積物的χlf在14×10－8～18×10－8m3／kg之間。西北冰洋水深大于200 m的陸坡、海盆和洋脊區(qū)，χlf普遍低于10× 10－8m3／kg。位于巴羅水道內(nèi)的表層沉積物，如Co1和Co10站位，以及位于加拿大深海平原正對(duì)巴羅水道的表層沉積物，如S25、S26、站位，其χlf值高于周邊深海平原表層沉積物。

圖1 白令海及西北冰洋地形、洋流及采樣站位Fig.1 Topography，circulation and locations of sediment samples in Bering Sea and western Arctic Ocean

4.2 頻率磁化率（χfd）

白令海和西北冰洋表層沉積物χfd值在0.84%～7.25%之間，其在平面上的變化趨勢(shì)和χlf的相反（見(jiàn)圖2）。在白令海，育空河口外側(cè)和圣勞倫斯島以南海域表層沉積物的χfd最低，通常小于2.5%，向西、西南方向以及向北，χfd值增大。楚科奇海陸架上，表層沉積物χfd值在3%～4.5%之間。在西北冰洋海盆和洋脊區(qū)，χfd值普遍大于4.5%，最大達(dá)7.25%。

4.3 非磁滯磁化率（χARM）

白令海和西北冰洋表層沉積物χARM在1.03× 10－6～33.10×10－6m3／kg之間。圣勞倫斯島以南的白令海陸架上表層沉積物的χARM值全區(qū)最高，普遍大于16×10－6m3／kg，白令海盆和楚科奇海陸架表層沉積物的χARM值次之，楚科奇海陸坡和加拿大海盆的χARM值最低，小于4×10－6m3／kg。西北冰洋高緯度區(qū)的阿爾法脊和馬卡洛夫海盆表層沉積物的χARM值也較加拿大海盆中的高（見(jiàn)圖3）。

4.4 磁化率-溫度變化（k-T）

圖2 白令海和西北冰洋表層沉積物低頻質(zhì)量磁化率（a）和頻率磁化率（b）分布Fig.2 Geographic distributions of mass-dependent（a）and frequency-dependent（b）magnetic susceptibility of surface sediments in Bering Sea and western Arctic Ocean

白令海和西北冰洋表層沉積物k-T分析結(jié)果顯示，所有樣品經(jīng)過(guò)加熱至700℃，再冷卻至室溫后，磁化率值較加熱前均有明顯的增大，表明在升溫和降溫過(guò)程中有新的磁性更強(qiáng)的礦物生成。從磁化率在加熱至550～580℃后快速減小以及在降溫過(guò)程中在580℃之后的磁化率快速升高，表明新生成的磁性礦物以磁鐵礦為主。不同的磁性礦物，因其解阻溫度或居里點(diǎn)溫度不同，導(dǎo)致加熱過(guò)程中磁化率值在特定溫度發(fā)生變化，由此反映出樣品中所含的磁性礦物。白令海和西北冰洋表層沉積物的k-T曲線區(qū)域性特征明顯，共可分為6種類(lèi)型（見(jiàn)圖4），各類(lèi)型的分布見(jiàn)圖5。

第一類(lèi)k-T曲線，從室溫加熱至300℃，磁化率值緩慢增加，300℃至700℃，磁化率值持續(xù)減小。降溫曲線自700℃至300℃，磁化率持續(xù)增大，降溫至300℃以下時(shí)磁化率減?。ㄒ?jiàn)圖4a）。此k-T曲線顯示樣品中的磁性礦物主要為磁赤鐵礦［26—28］。磁化率值從300℃開(kāi)始隨溫度的增加而減小，可解釋為亞穩(wěn)定的磁赤鐵礦（γ-Fe2O3）受熱轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦（α-Fe2O3）［27，29—31］。具此類(lèi)k-T曲線的沉積物，分布在阿留申海盆中的B06和B07站位以及白令海陸架南部，如NB01、NB02和NB05站位。

第二類(lèi)k-T曲線，除具有在300℃開(kāi)始磁化率降低的磁赤鐵礦特征外，升溫和降溫過(guò)程中在約580℃磁化率急劇減小或增大（見(jiàn)圖4b）。580℃為磁鐵礦的居里溫度，表明樣品中含有一定量的磁鐵礦。具此類(lèi)k-T曲線的樣品，分布在白令?？拷砹_斯大陸一側(cè)的陸架和陸坡上，如B11、B14、BB01、BB05和BB06站位，此外，還分布在遠(yuǎn)離阿拉斯加沿岸海域的楚科奇海陸架上，如SR斷面上的SR1-SR10站位、C04、C05、C07、C09等站位。位于加拿大深海平原巴羅峽谷外側(cè)的S25站位，其k-T曲線也屬此類(lèi)型。

第三類(lèi)k-T曲線，在升溫至580℃前，磁化率值變化較小，580℃附近磁化率值急劇降低。降溫曲線在580℃附近急劇增大，580～300℃緩慢增大，之后緩慢減?。ㄒ?jiàn)圖4c）。此類(lèi)k-T曲線表明樣品中磁性礦物主要為磁鐵礦，樣品加熱至450℃后磁化率緩慢下降至580℃，表明其中含極少量磁赤鐵礦。具此類(lèi)k-T曲線的沉積物，分布在白令海陸架育空河口外側(cè)、圣勞倫斯島的南北兩側(cè)，如NB08、NB-A、BS02、BS05、BS08等站位。

圖3 白令海和西北冰洋表層沉積物非磁滯磁化率（a）及其與低頻質(zhì)量磁化率的比值（b）分布Fig.3 Geographic distributions of anhysteretic susceptibility（a）and its ratio to low frequency mass-dependent susceptibility（b）of surface sediments in Bering Sea and western Arctic Ocean

第四類(lèi)k-T曲線，樣品加熱前后磁化率值增大幅度較大。在升溫至約350℃前，磁化率值保持不變，自350℃左右磁化率值開(kāi)始增大，并在約540℃時(shí)達(dá)到最大，然后快速降低（見(jiàn)圖4d）。這種類(lèi)型的k-T曲線表明沉積物中含黃鐵礦，在升溫過(guò)程中黃鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)榇判愿鼜?qiáng)的磁鐵礦［32—33］。具此類(lèi)k-T曲線的沉積物，分布在楚科奇海阿拉斯加沿岸，如CC8、C02、C06、Co1、S21、S23等站位。

第五類(lèi)k-T曲線，樣品加熱過(guò)程中磁化率值整體較低，降至室溫后的磁化率值遠(yuǎn)大于加熱前的。對(duì)升溫曲線放大后可以看出曲線呈雙峰或平臺(tái)形。當(dāng)溫度低于280℃，磁化率值保持穩(wěn)定，然后，磁化率值突然升高，但從320℃開(kāi)始磁化率值又變小，至400℃后又開(kāi)始升高，加熱至約550℃之后，磁化率快速降至最低。從700℃降溫至580℃附近時(shí)，磁化率值急劇增大（見(jiàn)圖4e）。此k-T曲線表明沉積物中含膠黃鐵礦和黃鐵礦。280℃附近磁化率值的增高，是膠黃鐵礦的典型特征［34—36］。膠黃鐵礦在280℃以下溫度保持穩(wěn)定，280℃開(kāi)始，膠黃鐵礦分解并形成少量的磁黃鐵礦和硫化物蒸汽［37］，而新生成的磁黃鐵礦的居里溫度在320～325℃［35，38］，這導(dǎo)致在k-T升溫曲線上形成第1個(gè)峰。沉積物中的黃鐵礦隨著溫度的繼續(xù)升高，轉(zhuǎn)化為磁鐵礦，并在達(dá)到磁鐵礦居里溫度前形成第2個(gè)峰。有的樣品，由于磁化率在280℃附近增大后，因磁黃鐵礦分解而導(dǎo)致的磁化率降低幅度相對(duì)較小，使得雙峰特征不明顯，k-T升溫曲線在280～540℃形成平臺(tái)形狀的高值區(qū)。具此類(lèi)k-T曲線的沉積物，分布在楚科奇海臺(tái)以北的馬卡洛夫海盆、阿爾法脊、門(mén)捷列夫海盆，如BN03-BN12等站位。

第六類(lèi)k-T曲線，如同第五類(lèi)一樣，升溫過(guò)程中磁化率值遠(yuǎn)低于降至室溫后的磁化率值。但與第五類(lèi)k-T曲線不同的是加熱至280℃時(shí)磁化率值僅有小幅度的增大，400℃以后磁化率值的增大更為明顯（圖4f）。表明該類(lèi)型樣品中，盡管仍含膠黃鐵礦和黃鐵礦，但膠黃鐵礦相對(duì)于黃鐵礦的含量，與第五類(lèi)k-T曲線的樣品相比大為降低。具此類(lèi)型k-T曲線的沉積物，分布在楚科奇海盆、北風(fēng)脊以及楚科奇陸坡外側(cè)的加拿大海盆。

圖4 白令海和西北冰洋表層沉積物典型磁化率-溫度曲線Fig.4 Typical curves of temperature-dependent susceptibility of surface sediments in Bering Sea and western Arctic Ocean

圖5 白令海和西北冰洋表層沉積物磁性礦物分布Fig.5 Magnetic mineral distribution of sediments in Bering Sea and western Arctic Ocean

5 討論

磁化率主要反映了樣品中亞鐵磁性礦物的含量，此外，磁化率值還與磁性礦物的粒度和礦物種類(lèi)有關(guān)［11，21，39—40］。通過(guò)對(duì)白令海和西北冰洋沉積物的k-T分析，研究區(qū)內(nèi)表層沉積物中所含的磁性礦物，依其磁性強(qiáng)弱分別是：磁鐵礦、磁赤鐵礦、膠黃鐵礦和黃鐵礦［2］。表層沉積物中磁性礦物種類(lèi)及其磁性強(qiáng)弱的差異，導(dǎo)致白令海和西北冰洋表層沉積物χlf的高低變化。白令海陸架育空河口外側(cè)、圣勞倫斯島南側(cè)的表層沉積物，磁化率值為研究區(qū)最高，其所含磁性礦物為磁鐵礦，而位于圣勞倫斯北側(cè)的BS02、BS05和BS08站位，盡管表層沉積物中的磁性礦物仍為磁鐵礦，但其磁化率值明顯小于育空河口和圣勞倫斯島南側(cè)陸架的，表明沉積物中磁鐵礦含量相對(duì)較低，含磁鐵礦的沉積物在白令海陸架上是向北擴(kuò)散和搬運(yùn)的。

k-T曲線特征表明白令?？拷砹_斯大陸一側(cè)表層沉積物中含磁赤鐵礦。其中，位于阿留申海盆西部的B06、B07站位的k-T曲線反映其僅含磁赤鐵礦，向北東方向，自陸坡向陸架區(qū)域，表層沉積物中的磁鐵礦相對(duì)含量增大。該磁鐵礦，應(yīng)為育空河輸入的來(lái)自阿拉斯加陸地的磁鐵礦向西的擴(kuò)散。對(duì)白令海陸架石英的ESR研究表明來(lái)自育空河的沉積物可擴(kuò)散至白令海西部陸架和陸坡區(qū)［41］。而磁赤鐵礦，應(yīng)來(lái)自白令海西側(cè)的亞洲大陸。磁赤鐵礦是亞洲大陸粉塵沉積中最常見(jiàn)的磁性礦物之一［29，42］。亞洲粉塵可沉降至白令海［43］，但也不排除該區(qū)域磁赤鐵礦是通過(guò)東西伯利亞的阿納德?tīng)柡虞斎氚琢詈５?，其他證據(jù)也表明白令海陸架西部，尤其是阿納德?tīng)柡涌谕獬练e物和育空河輸入沉積物具明顯不同的特征，表明白令海陸架西側(cè)有阿納德?tīng)柡虞斎氲某练e物［41，44］。

楚科奇海阿拉斯加沿岸，表層沉積物中含黃鐵礦。沉積物中的黃鐵礦可以是自生的或陸源輸入的。在還原條件下，如果沉積物中有足夠的S2－，則可生成穩(wěn)定的鐵硫化物——黃鐵礦［45］。但根據(jù)前人對(duì)阿拉斯加沿岸沉積物中的有機(jī)碳和生物耗氧量等的研究表明阿拉斯加沿岸底質(zhì)并非處于缺氧環(huán)境［24］。在阿拉斯加西部，發(fā)育一些較小的河流，其向西北方向流入楚科奇海，如Kukpowruk River、Kokolik River、Utukok River等，這些河流流域出露巖石為中生代沉積巖［46］，與流入白令海的育空河流域以變質(zhì)巖和火山巖為主的巖石類(lèi)型不同，因此，可以推斷，阿拉斯加沿岸沉積物中的黃鐵礦，可能來(lái)自阿拉斯加西北部沉積巖中的黃鐵礦。流入楚科奇海的河流與流入白令海的育空河的流域出露巖石的差異，也可解釋為什么其輸入的鐵磁性礦物種類(lèi)的差異，但也不排除該黃鐵礦是早期成巖作用的產(chǎn)物。

k-T曲線顯示，除阿拉斯加沿岸的楚科奇海中東部陸架上，表層沉積物中的磁性礦物為磁赤鐵礦和磁鐵礦，與白令海陸架西側(cè)靠近俄羅斯大陸一側(cè)的沉積物類(lèi)似。因此，楚科奇海陸架上的磁赤鐵礦和磁鐵礦，一種可能的來(lái)源為來(lái)自白令海陸架。根據(jù)白令海和楚科奇海陸架上的洋流特征，位于白令海中西部的阿納德?tīng)柫骱桶琢詈ｊ懠芰髟诎琢詈ｊ懠苌献阅舷虮绷鹘?jīng)白令海陸架的磁赤鐵礦和磁鐵礦分布區(qū)，穿過(guò)白令海峽后在楚科奇海陸架上繼續(xù)向北流。白令海顆粒物向楚科奇海的輸運(yùn)，已被沉積物中的Sr、Nd同位素［44］以及水體顆粒物中的210Pb所證實(shí)［47］。另一種可能的來(lái)源為東西伯利亞海。西伯利亞內(nèi)陸的黃土沉積物中含磁赤鐵礦［42］，這些磁性礦物經(jīng)河流向北輸入北冰洋后，再經(jīng)如圖1所示路徑由東西伯利亞海輸入到楚科奇海陸架。多種證據(jù)表明楚科奇海陸架沉積物有部分來(lái)自東西伯利亞海［44，48—49］。至于楚科奇海陸架中部和阿拉斯加沿岸沉積物中磁性礦物的差異，除表明其物質(zhì)來(lái)源不同外，還受楚科奇海陸架上洋流的控制。來(lái)自阿拉斯加陸地含黃鐵礦的沉積物受阿拉斯加沿岸流的作用，沒(méi)有向西側(cè)陸架擴(kuò)散，同時(shí)，受楚科奇海陸架上向北流的白令海陸架－阿納德?tīng)柫鞯目刂疲彩沟藐懠苤袞|部含磁赤鐵礦和磁鐵礦的沉積物沒(méi)有進(jìn)一步向阿拉斯加沿岸擴(kuò)散。

楚科奇海陸架以北深水區(qū)的表層沉積物中，含膠黃鐵礦和黃鐵礦等鐵的硫化物，而且，在更高緯度的馬卡洛夫海盆區(qū)、阿爾法脊以及門(mén)捷列夫深海平原，沉積物中膠黃鐵礦的含量較南部的楚科奇深海平原、靠近陸坡的加拿大深海平原區(qū)的高。此深水區(qū)與陸架淺水區(qū)沉積物中磁性礦物的差異，一方面與北冰洋洋流的作用有關(guān)。在楚科奇海陸坡處，向北流的白令海陸架－阿納德?tīng)柫魇鼙韺禹槙r(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)的波弗特環(huán)流和次表層逆時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)的大西洋水團(tuán)的影響，阻礙了楚科奇陸架上的沉積物進(jìn)一步向高緯度的海盆區(qū)的擴(kuò)散，表層沉積物質(zhì)量磁化率值在高緯度區(qū)很低，也證實(shí)了陸架上磁性較強(qiáng)的磁赤鐵礦和磁鐵礦等鐵的氧化物在西北冰洋深水區(qū)不存在或含量極低。此外，隨著水深的增大，海底的氧化-還原環(huán)境發(fā)生變化。在還原環(huán)境下，碎屑成因的亞鐵磁性氧化物（如磁鐵礦）按粒級(jí)先小后大的順序有選擇性地被溶解［50—51］。沉積物中有機(jī)質(zhì)降解和細(xì)菌硫酸鹽還原作用，也可生成亞鐵磁性的鐵硫化物［18—20，45，52］。頻率磁化率值的變化表明高緯度深水區(qū)沉積物中磁晶粒度位于SP／SD界線附近的磁性礦物含量顯著增高，顯示了陸架和深水區(qū)磁性礦物成因上的差異。沉積物中膠黃鐵礦的成因，除早期成巖作用外，還多與微生物成因有關(guān)［52］。高緯度深水區(qū)表層沉積物中膠黃鐵礦含量增加的原因，還有待進(jìn)一步的深入研究。

值得注意的是，位于加拿大海盆巴羅峽谷外側(cè)的S25站位，其表層沉積物中的磁性礦物特征與楚科奇海陸架上的一致，與周?chē)渌缓F硫化物的沉積物顯著不同，這說(shuō)明楚科奇海陸架上含磁赤鐵礦和磁鐵礦的沉積物，可通過(guò)巴羅峽谷輸運(yùn)到加拿大海盆中。

χfd和χARM分別對(duì)磁性礦物中的SP／SD和SD／PSD顆粒敏感。白令海和西北冰洋表層沉積物χfd值的分布表明加拿大海盆、阿爾法脊和馬卡洛夫海盆區(qū)，表層沉積物中SP／SD磁性顆粒含量最高，楚科奇海陸架和白令海陸架西部SP／SD磁性顆粒含量次之，而白令海陸架東部育空河口外和圣勞倫斯島南部陸架區(qū)，表層沉積物中SP／SD磁性顆粒含量最低。相對(duì)于多疇磁性顆粒，單疇顆粒能獲得很強(qiáng)的ARM。一般磁性顆粒越大，χARM／χ越小。白令海和西北冰洋表層沉積物χARM／χ比值變化顯示（見(jiàn)圖3），白令海陸架東部和楚科奇海陸架、楚科奇海盆表層沉積物中的磁性顆粒相對(duì)較粗，而白令海陸架西部、阿留申海盆、加拿大海盆、阿爾法脊和馬卡洛夫海盆區(qū)表層沉積物磁性顆粒相對(duì)較細(xì)。χfd和χARM均反映出陸架上表層沉積物的磁性礦物顆粒較海盆中的粗，這與物質(zhì)來(lái)源相關(guān)的沉積物顆粒的粗細(xì)、前述磁性礦物的成因有關(guān)。χ與χfd反相關(guān)，表明陸架上強(qiáng)磁性礦物的磁晶粒度較粗，而海盆區(qū)弱磁性礦物的磁晶粒度較細(xì)。

白令海和西北冰洋不同區(qū)域表層沉積物中的磁性礦物種類(lèi)和磁晶粒度不同，表明沉積物及其磁性礦物的來(lái)源、成因差異及其擴(kuò)散范圍不同。利用白令海和西北冰洋沉積物柱樣的環(huán)境磁學(xué)參數(shù)進(jìn)行古氣候、古環(huán)境變化研究時(shí)，需根據(jù)磁性礦物來(lái)源及成因變化，分區(qū)域?qū)Νh(huán)境磁學(xué)參數(shù)進(jìn)行解釋?zhuān)@樣才能更準(zhǔn)確地獲得過(guò)去氣候環(huán)境變化的信息。

6 結(jié)論

（1）白令海陸架表層沉積物質(zhì)量磁化率值整體高于楚科奇海陸架的。在白令海，表層沉積物質(zhì)量磁化率值在育空河口外側(cè)和圣勞倫斯島南側(cè)的陸架上最高，向北和西南方向變小。西北冰洋楚科奇海陸架中東部表層沉積物的質(zhì)量磁化率高于阿拉斯加沿岸和高緯度深海平原和洋脊區(qū)的。白令海和西北冰洋表層沉積物的頻率磁化率變化趨勢(shì)與質(zhì)量磁化率的相反，非磁滯磁化率的變化趨勢(shì)與質(zhì)量磁化率的相似。

（2）白令海和西北冰洋表層沉積物中的磁性礦物種類(lèi)具明顯的區(qū)域性分布。白令海圣勞倫斯島南北兩側(cè)和育空河口外側(cè)沉積物中的磁性礦物為磁鐵礦，靠近俄羅斯陸地一側(cè)和楚科奇海中東部陸架上的為磁赤鐵礦和磁鐵礦。楚科奇海阿拉斯加沿岸表層沉積物中含黃鐵礦。楚科奇海陸坡區(qū)及其以北的深海平原與洋脊區(qū)，表層沉積物中含膠黃鐵礦和黃鐵礦，并且膠黃鐵礦在高緯度區(qū)含量增加。

（3）沉積物中的磁性礦物種類(lèi)差異表明，白令海陸架東部以磁鐵礦主的表層沉積物是育空河輸入的，并向北和西南方向擴(kuò)散。阿拉斯加沿岸含黃鐵礦的沉積物，是阿拉斯加西北部中小河流輸入的，并受阿拉斯加沿岸流的控制。楚科奇海陸架上的沉積物，來(lái)自白令?；驏|西伯利亞海。楚科奇海陸坡及其以北的深海平原和洋脊區(qū)的膠黃鐵礦，為自生成因的。

（4）受物質(zhì)來(lái)源、洋流、沉積環(huán)境等因素的控制，白令海和西北冰洋沉積物中的磁性礦物種類(lèi)和成因具區(qū)域性特征。在利用環(huán)境磁學(xué)參數(shù)進(jìn)行沉積物柱樣古氣候環(huán)境變化的研究中，需考慮不同區(qū)域磁性礦物的來(lái)源和變化等因素。

致謝：感謝中國(guó)第四次北極科考隊(duì)的全體科考隊(duì)員和“雪龍”號(hào)全體船員為沉積物采樣所付出的艱辛努力，尤其是地質(zhì)組成員黃元輝、張海峰、劉小涯等隊(duì)員。

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Magnetic susceptibility characteristics of surface sediments in Bering Sea and western Arctic Ocean：preliminary results

Wang Weiguo1，Dai Shuang2，Chen Lili1，Wu Risheng1，Yu Xingguang1

（1.Third Institute of Oceanography，State Oceanic Adiministration，Xiamen 361005，China；2.Key Laboratory of Western China's Environmental Systems（Ministry of Education），Research School of Arid Environment and Climate Change，Lanzhou University，Lan Zhou 730000，China）

The mass-dependent magnetic susceptibility（χ）with low and high frequency，anhysteretic susceptibility（χARM）and temperature-dependent susceptibility（k-T）of 61 surface sediment samples obtained from Bering Sea and western Arctic Ocean were measured with an attempt to find the composition，province and transport of mag-netic minerals，which is helpful to accurately decipher the paleo-climate and environmental information recorded by the magnetic parameters in Arctic area.The results show that theχvalues of surface sediments have an evident regional difference.Theχvalues are commonly higher in Bering Sea than that in Chukchi Sea，and they are the lowest in the plains and ridges of high western Arctic Ocean.Theχvalues are the highest off the Yukon River estuary and to the south of St.Lawrence Island in Bering Sea shelf，decreasing northward and south-westward.Theχvalues are relatively higher in the central-eastern Chukchi Sea shelf than that off the Alaskan coast.TheχARMshare the common variation trends ofχ，however，the frequency-dependent susceptibility changes oppositely to that ofχ.The analysis of k-T shows that the magnetic mineral in surface sediments in Aleutian Basin is maghemite，and off the Yukon River estuary and to the south of St.Lawrence Island is magnetite，and both maghemite and magnetite occur in the western shelf of Bering Sea and central-eastern shelf of Chukchi Sea.The magnetic mineral of surface sediment off the Alaskan coast is pyrite，while in the slope，plains and ridges of high western Arctic Ocean，the magnetic minerals are greigite and pyrite，but the content of greigite is higher in high latitude.The regional distribution of magnetic minerals in surface sediments is controlled by the sources of sediments，currents and bottom environments.The maghemite in the shelf of Bering Sea and Chukchi Sea is from the Asian main land，and the magnetite in eastern Bering Sea shelf is from the watershed of Yukon River.Pyrite off the Alaskan coast may be terrigenous or formed during the early diagenesis，while the greigite in high western Arctic Ocean is biogenous.

Bering Sea；western Arctic Ocean；magnetic susceptibility；magnetic minerals；sediment sources

P736.21

A

0253-4193（2014）09-0121-11

汪衛(wèi)國(guó)，戴霜，陳莉莉，等.白令海和西北冰洋表層沉積物磁化率特征初步研究［J］.海洋學(xué)報(bào)，2014，36（9）：121—131，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.09.014

Wang Weiguo，Dai Shuang，Chen Lili，et al.Magnetic susceptibility characteristics of surface sediments in Bering Sea and western Arctic Ocean：preliminary results［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（9）：121—131，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.09.014

2013-11-11；

2013-12-26。

中國(guó)第四次北極科考項(xiàng)目（CHINARE－2010）；海洋行業(yè)公益性項(xiàng)目（201105022－2，201205003）；南北極環(huán)境綜合考察與評(píng)估專(zhuān)項(xiàng)（CHINARE2012－03－02，CHINARE2013－04－03－03）。

汪衛(wèi)國(guó)（1970—），男，研究員，主要從事海洋沉積物特征及海洋第四紀(jì)地質(zhì)研究。E-mail：wangwg＠vip.126.com