Magnetic Study of Core MD012396 from the South China Sea - Environmental Changes of the South China Sea Since 460 ka

本研究分析南海北部岩芯MD012396之古地磁學與環境磁學訊息，目的在找出南海的古地磁場變化，並重建該地區的古環境與古氣候變化。 利用NRM/ARM模擬的古地磁場強度和Sint-800比較，輔以14C定年、氧同位素變化、Globigerinoides ruber ( pink )與Pseudoemiliania lacunosa生物末現面得到年代控制點，並建立本岩芯的年代模式，估計整根岩芯的年代約涵蓋過去46萬年，由此獲得古地磁與磁學參數隨時間變化的資訊。 古地磁學方面，本岩芯記錄過去46萬年來南海的古地磁場的長期變化，包括10次的極性異常事件，其年代和前人的報導相當一致。 環境磁學的部分，S-ratio都在0.93以上，表示磁性礦物絕大部分為低矯頑力的磁鐵礦。整體而言，反映磁性礦物含量的三個參數(磁感率、ARM、SIRM)均呈現間冰期較高(含量較多)、冰期較低(含量較少)的情形，顯示磁性礦物含量的變化，明顯反映南海的古環境(如海水面升降、雨量多寡、冬夏季風強弱)在間冰期與冰期有顯著的不同。除此之外，磁學參數在42.5萬年前和36.5萬年前有明顯的轉變，在這之間呈現漸變的過程，是氣候的轉變期。MIS 8早期的磁性礦物量偏多，同時氧同位素值偏負，表示環境較暖濕，是一個較溫暖的冰期，或與前人報導此時夏季季風較一般冰期強有關( Wei et al., 2003 )。磁學參數在MIS 7.4(約21.5~23萬年前)出現劇烈的變化：磁性礦物含量減少、氧化程度增高(S-ratio降低、HIRM增加)、ARM/驟降，呈現類似冰期的特徵，應是間冰期中的一個強烈變冷事件。本岩芯有7次磁性參數異常峰值的訊號，在時間上和南海地區岩芯MD972142(蔡榮浩，2000)的火山灰層有良好的對應關係，推斷是火山活動的紀錄。Paleomagnetic and environmental magnetic methods were used to study an IMAGES core, MD012396, raised from the northern shelf of the South China Sea, in order to find out the changes of the paleomagnetic field, the paleoenvironment and the paleoclimate of this area. Natural remanent magnetization vs anhysteresis remanent magnetization (NRM/ARM) after 20 mT alternating field demagnetization was used to simulate the paleo-intensity variation of the earth magnetic field. In addition to the 14C dating, the oxygen isotope stratigraphy, the last-appearance-datum (LAD) of Globigerinoides ruber (pink) and the LAD of Pseudoemiliania lacunosa, the obtained paleo-intensity pattern was compared to the Sint-800 curve compiled by Guyodo and Valet (1999) in order to establish the age model of this core. 10 magnetic polarity reversal events and magnetic excursions have been delimited. The results pointed out that core MD012396 could provide the information for the last 460 ka. The parameter S-ratio has the value larger than 0.93 in general. This suggests that magnetic minerals contained in the sediments of this core dominate the low coercivity magnetite. Generally, relative higher values of some magnetic proxies, such as magnetic susceptibility (χ), saturated isothermal remanent magnetization (SIRM) and ARM, have been found during the interglacial periods than those during the glacial times since 460 ka. This implies that more abundant magnetic minerals were deposited during interglacial times than during glacial times, and shows that the environment was different during glacial periods and during interglacial periods. Besides, magnetic proxies show clear changes happened at about 425 ka and 365 ka. In between, gradual shifting has been observed. It may indicate a climate transition at this period. In the early Marine oxygen Isotope Stage 8 (MIS 8), magnetic proxies and δ18O suggest that the climate was warmer and wetter than the other glacial times. In addition, magnetic proxies show a phenomenon that low-abundance, high-oxide magnetic minerals appeared at MIS 7.4 (215~230 ka). Such behavior looks just as at a glacial period. Thus, it is considered to be a severe cooling event during this stage. Furthermore, there were 7 peak values observed from the patterns of the magnetic proxies, which might reflect the volcanic activities in the surrounding area.誌謝 Ⅰ 中文摘要 Ⅱ 英文摘要 Ⅲ 目錄 Ⅳ 圖目錄 Ⅷ 表目錄 Ⅸ 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究區域概況 2 1.3前人研究 3 1.3.1 古地磁相對強度定年 3 1.3.2 南海地區與周邊地區的環境磁學成果 4 1.3.3 南海及周邊地區過去50萬年來的古環境變遷 5 第二章 原理 11 2.1 磁學參數 11 2.1.1 磁感率 11 2.1.2 自然殘磁 12 2.1.3 逆磁滯殘磁 13 2.1.4 等溫殘磁與相關磁學參數 13 2.1.5 ARM/χ與ARM/SIRM 15 2.2 古地磁學之研究方法 15 2.2.1 特徵殘磁的決定 15 2.2.2 古地磁相對強度的模擬 16 2.3 氧同位素變化的原理與定年的依據 17 第三章 材料與方法 21 3.1研究材料與採樣 21 3.2 磁學參數的量測與分析 21 3.2.1 磁感率 22 3.2.2 自然殘磁 22 3.2.3 逆磁滯殘磁 23 3.2.4 等溫殘磁 24 3.3 氧同位素的量測與分析 24 3.3.1 沉積物前處理 24 3.3.2有孔蟲處理 25 3.3.3 氧同位素分析 25 3.4 定年法介紹 25 3.4.1 古地磁相對定年 26 3.4.2 氧同位素相對定年 26 3.4.3 碳14絕對定年 27 3.4.4 微體化石相對定年 27 第四章 磁學參數結果 31 4.1 磁感率結果 31 4.2 逆磁滯殘磁結果 32 4.3 等溫殘磁及相關磁學參數結果 32 4.4 ARM/χ、ARM/SIRM結果 34 4.5 磁學參數特殊峰值整理 35 第五章 古地磁結果 45 5.1殘磁穩定性 45 5.2 地磁極性反轉的判斷 46 5.3古地磁場方向 46 5.3.1 磁傾角的變化 47 5.3.2 磁偏角的變化 48 5.4 古地磁場相對強度模擬 49 5.5 地磁極性異常結果整理 50 第六章 年代模式與古地磁場變動的探討 59 6.1 岩芯年代的建立 59 6.1.1 古地磁相對強度的相對定年 59 6.1.2 氧同位素地層的相對定年 60 6.1.3 碳14的絕對定年 60 6.1.4 微體化石末現面的相對定年 61 6.1.5定年結果整理 61 6.1.6岩芯的沉積速率 62 6.2 古地磁場的變動 62 第七章 環境磁學與古環境變遷的討論 77 7.1 磁性參數變化與環境變遷 77 7.1.1 磁性礦物含量隨時間的變動 77 7.1.2 磁性礦物種類隨時間的變動 78 7.1.3 磁性礦物粒度隨時間的變動 80 7.2 磁性參數變化與環境變遷的連結 80 7.3 環境磁學結果與前人研究的比較 84 7.3.1 MIS 11 氣候漸變期 84 7.3.2 MIS 8早期異常暖濕時期 85 7.3.3 MIS 7.4磁性參數異常事件 85 7.3.4 MIS 3晚期磁性異常事件 86 7.4 火成物質的輸入 87 第八章 結論 99 參考文獻 101 圖目錄 圖1.1 南海與周邊地形地形圖 7 圖1.2 間冰期與冰期南海海陸分佈變化圖 8 圖1.3 與本研究相關的南海岩芯分布圖 9 圖2.1 磁鐵礦粒徑分析圖 19 圖2.2 翟氏分量圖 20 圖2.3 翟氏分量圖的投影原理 20 圖3.1 火山灰層 29 圖3.2 U-channel取樣圖 30 圖4.1 磁感率隨岩芯深度變化圖 36 圖4.2 在設定變化範圍內磁感率隨岩芯深度變化圖 37 圖4.3 逆磁滯殘磁(ARM)隨岩芯深度變化圖 38 圖4.4 bIRM和飽和等溫殘磁(SIRM)隨岩芯深度變化圖 39 圖4.5 S-ratio隨岩芯深度變化圖 40 圖4.6 HIRM隨岩芯深度變化圖 41 圖4.7 ARM/χ與ARM/SIRM比對圖 42 圖4.8 ARM/χ隨岩芯深度變化圖 43 圖4.9 逆磁滯殘磁(ARM)對磁感率(χ)作圖 44 圖5.1 岩芯代表性樣本去磁翟氏分量圖變化趨勢圖 52 圖5.2 岩芯代表性樣本去磁強度變化趨勢圖 53 圖5.3 磁傾角(Inclination)隨岩芯深度變化圖 54 圖5.4 磁偏角(Declination)隨岩芯深度變化圖 55 圖5.5 使用不同的磁學參數對自然殘磁(NRM)進行標準化圖 56 圖5.6 使用逆磁滯殘磁標準化所得之相對強度隨岩芯深度變化圖 57 圖6.1 古地磁相對強度定年圖 71 圖6.2 氧同位素地層定年圖 72 圖6.3 碳14定年結果與G. ruber ( pink )、P. lacunosa的末現面圖 73 圖6.4 本岩芯深度-年代圖 74 圖6.5 MD012396之古地磁相對強度、磁傾角與磁偏角隨時間變化圖75 圖7.1 磁性礦物含量隨年代變化圖 90 圖7.2 磁性礦物組成隨年代變化圖 91 圖7.3 ARM/χ 隨年代變化圖 92 圖7.4 MIS 7.4時的磁感率對逆磁滯殘磁作圖 93 圖7.5 東亞其他氣候指標圖 94 圖7.6 利用不同方法計算所得南海東南部海表水溫度隨時間變化圖95 圖7.7 MD012396氧同位素與各項磁學參數隨年代變化圖 96 圖7.8 火成物質輸入的可能訊號圖 97 表目錄 表5.1 古地磁場方向與相對強度異常對照表 50 表6.1 MD012396之年代控制點一覽表 68 表6.2 各控制點間的平均沉積速率一覽表 69 表6.3 各個海洋氧同位素階之平均沉積速率一覽表 70 表6.4 MD012396極性異常事件之深度與年代對應表 70 表7.1 各種磁性參數異常對照表 87 表7.2 火成物質訊號之判別ㄧ覽表 8