林春明和张霞课题组在风暴沉积及其硫同位素响应机理方面取得重要进展

发布者:陆昀乔发布时间:2023-03-22浏览次数:3473


由飓风和季节性台风所引起的风暴流或风暴潮所形成的产物就是风暴沉积,多在粗颗粒的砂、砾中发现,在细颗粒泥质沉积物中难以识别,鲜有报道。

中国东部沿海平原地区晚第四纪下切河谷内保存有完整的晚第四纪沉积地层,是研究海陆相互作用的代表性区域。课题组首次在晚第四纪钱塘江下切河谷SE3孔古河口湾环境顶部发现了泥质风暴沉积(厚约62 cm;图1),时代为距今8500~9000年。通过地层、沉积、元素、同位素和有机地球化学等系统分析,不仅有力证实了泥质风暴沉积的存在,并发现其记录到了高能风暴峰期(HESPP)和衰能风暴晚期(WELSP)两个沉积时期。该段泥质风暴沉积物的黄铁矿硫同位素(δ34Spyr)呈现“罕见”变化:HESPP时期δ34Spyr值为+5.8‰+15.8‰WELSP时期为−9.0‰~−19.7‰,在厘米尺度内发生了急剧的偏移(图2),从而提供了一个独特的机会来评估风暴对沉积物δ34Spyr特征的影响。我们提出,HESPP时期黄铁矿的34S富集很可能是由于风暴对沉积物的再沉积和高沉积速率的综合作用引起,这涉及到导致34S黄铁矿富集的多种物理和化学过程;相反,在WELSP期间,相对较低的沉积速率和有限再沉积作用使早期形成的富32S黄铁矿的同位素信号得以保存(图3)。因此,δ34Spyr值的显著偏移变化反映了HESPPWELSP之间沉积条件的巨大变化,表明风暴活动引起的非稳态沉积促进了同位素黄铁矿的形成。这种急剧的δ34Spyr值转变,可以作为泥质风暴沉积物识别的标志性特征。


1 (A) 晚第四纪钱塘江下切河谷及SE3SE2钻孔位置,以及历年台风移动轨迹 (黑色虚线; 19492021)(B) 晚第四纪钱塘江下切河谷地层与沉积相分布特征; (C) SE3孔岩心与泥质风暴沉积物特征



2钱塘江古河口湾相风暴沉积物发育模式(A)SE3孔泥质风暴沉积物地球化学特征(B-L)


本项工作有两方面鲜明的意义:一是较为全面揭示了泥质风暴沉积物地层、沉积和无机有机地球化学特征,完善以往仅依托粗粒风暴沉积物重建古风暴历史的不足,展示了海岸平原下切河谷在事件沉积学研究上的潜力;二是较为全面地阐述了风暴沉积对黄铁矿硫同位素组成的控制机理,强调在海陆过渡带及近岸浅海地区不能忽视极端天气和气候事件对沉积物黄铁矿硫同位素的影响。


3 古河口湾环境泥质风暴沉积物δ34Spyr组成特征及对应沉积条件变化示意图. (A) 泥质风暴沉积物δ34Spyr的深度剖面;(B) 风暴事件对沉积物δ34Spyr影响模型;(C) 概念模型显示衰能风暴阶段的流体动力学和沉积动力学及其与富32S黄铁矿形成的关联(D) 概念模型显示高能风暴阶段的流体动力学和沉积动力学及其与富34S黄铁矿的关联。


目前这项成果以Storm-driven variations in depositional environments modify pyrite sulfur isotope records为题,发表在国际顶级学术期刊Earth and Planetary Science Letters(https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118118)。本工作主体是我院研究生江凯禧博士学位论文部分成果,江凯禧现为中山大学博士后,为论文第一作者,导师林春明教授为通讯作者,张霞副教授为第三作者,加州大学洛杉矶分校刘佳睿博士同为通讯作者。中国海洋大学赵彦彦教授、成都理工大学郎咸国教授、中山大学苏明教授、王策副教授等合作者对本论文均有重要贡献。本研究受到国家自然科学基金项目(4177209741572112)、浙江省重点研发计划(2018C03031)和南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)(SML2021SP307) 的资助。


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