白令海和西北冰洋表层沉积物磁化率特征初步研究

汪卫国，戴霜，陈莉莉，吴日升，余兴光

（1.国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门 361005；2.兰州大学西部环境与气候变化研究院西部环境教育部重点实验室，甘肃兰州 730000）

白令海和西北冰洋表层沉积物磁化率特征初步研究

汪卫国1，戴霜2，陈莉莉1，吴日升1，余兴光1

（1.国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门 361005；2.兰州大学西部环境与气候变化研究院西部环境教育部重点实验室，甘肃兰州 730000）

为了准确解释环境磁学参数记录的极地古气候环境变化信息，本研究对白令海和西北冰洋61个站位的表层沉积物进行了高、低频质量磁化率（χ）、非磁滞磁化率（χARM）和磁化率-温度（k-T）分析，以探明该区沉积物中磁性矿物的种类、来源与搬运路径。结果显示，样品的χ具有明显的地域分布特征。白令海的χ值整体高于楚科奇海，并在育空河口外侧和圣劳伦斯岛南侧较高，向北和向西南方向逐渐减小。楚科奇海中东部陆架上表层沉积χ值高于阿拉斯加沿岸，而西北冰洋深海平原和洋脊区的χ值最低。χARM的变化趋势与质量磁化率相似，但频率磁化率的变化趋势与质量磁化率正好相反。k-T分析结果显示阿留申海盆沉积物中的铁磁性矿物以磁赤铁矿占主导，白令海陆架育空河口外侧和圣劳伦斯岛南北两侧为磁铁矿，白令海陆架西部和楚科奇海陆架中东部为磁赤铁矿和磁铁矿，楚科奇海阿拉斯加沿岸为黄铁矿，而西北冰洋陆坡、深海平原和洋脊区为胶黄铁矿和黄铁矿，但高纬度区沉积物中的胶黄铁矿含量更高。沉积物中磁性矿物的区域性分布受沉积物来源、洋流和底质环境等因素的控制。白令海和楚科奇海陆架磁赤铁矿来源于亚洲大陆，白令海陆架东部的磁铁矿来自育空河流域，阿拉斯加沿岸沉积物中的黄铁矿，应为阿拉斯加西北部陆源侵蚀来源的或早期成岩作用形成的，西北冰洋深海盆区的胶黄铁矿，为自生成因的。

白令海；西北冰洋；磁化率；磁性矿物；沉积物来源

1 引言

环境磁学分析具快捷、简单、成本低、不损毁样品等优点，而且，环境磁学还可以解决一些化学和其他物理学方法难以解决的问题［1］，这使得环境磁学自20世纪70年代以来迅速发展，现已广泛应用于气候变化、环境污染、生物矿化、沉积作用和成岩过程等领域［2—6］。

近年来，环境磁学技术应用于海洋沉积物（包括污染物）来源与输运的研究，尤其是大尺度沉积物源到汇的研究，如北大西洋［7—8］、墨西哥湾［9］、中国陆架边缘海［10—14］等。海洋沉积物中磁性矿物的种类和成因多样，既有铁氧化物，如磁铁矿、磁赤铁矿等，也有铁硫化物，如胶黄铁矿、磁黄铁矿等；既有经河流和大气陆源输入的，也有生物成因和早期成岩作用形成的［2，15—20］，利用环境磁学方法获得沉积物中磁性矿物的种类及含量变化，可辨别沉积物来源及成因。北冰洋海区，由于有孔虫、硅藻等含量较低，且不易保存，致使古气候环境变化研究困难，但环境磁学却非常适用于该海区的研究［21］。Stein等利用磁化率研究了叶尼赛河和鄂毕河的入海泥沙来源及其在喀拉海陆架上的分布［22］。Brachfeld等研究了楚科奇－阿拉斯加陆架边缘早期成岩作用对磁学参数的影响［21］。迄今为止，有关西北冰洋及白令海沉积物环境磁学参数在大尺度海域的变化研究鲜有报道。西北冰洋和白令海从陆架至海盆水深变化大，水动力环境复杂［23—25］，该海域表层沉积物磁学特征的研究，将有助于对该海区沉积物来源、输运、磁性矿物成因等的认识，进而为该地区古气候环境变化和古地磁研究中对磁学参数的解释提供基本信息。基于此目的，本文分析了白令海和西北冰洋表层沉积物的磁化率变化特征，并探讨了其反映的沉积物来源及成因。

2 材料与方法

本文研究样品为2010年中国第四次北极科学考察期间利用箱式取样器在白令海和西北冰洋采集的61个站位的表层沉积物（见图1，站位名见图5）。用塑料勺取最表层2～5 cm的沉积物装入封口塑料袋，4℃冷藏保存。用于磁化率分析的样品，在40℃下烘干后，用玛瑙研钵使样品分散开，称取约7～10 g的干样（精确到0.001 g）装入8 cm3无磁性塑料盒（容积为4.74 cm3）后，在国家海洋局第三海洋研究所环境磁学实验室用MFK1-FA卡帕桥磁化率仪进行磁化率测量。样品分别在976 Hz和15 616 Hz频率下各测量3次，取平均值作为每个样品的低频和高频体积磁化率（klf和khf），然后用质量归一获得低频和高频质量磁化率（χlf和χhf）。频率磁化率的计算公式如下：磁化率随温度的变化（k-T）也用MFK1-FA磁化率仪测量，其高温装置为CS-4，测量时在氩气环境下先将样品由室温加热至700℃，再冷却至室温。非磁滞磁化率（χARM）的测量用D-2000型交变退磁仪和JR6A旋转磁力仪完成，先将样品在100 mT交变磁场和0.05 m T的恒定直流磁场中退磁后，测量其非磁滞剩磁（ARM），再除以退磁时的直流磁场（0.05 m T）即为χARM。

3 地质环境背景

61个表层沉积物站位分布在白令海和西北冰洋，涵盖阿留申海盆、白令海陆架、楚科奇海陆架、加拿大海盆（包括楚科奇海盆、门捷列夫海盆）、北风脊、阿尔法脊、马卡罗夫海盆等海域。白令海为半封闭海，面积2.29×106km2，其东北部为陆架区，水深向西和西南方向变深。白令海西南部的阿留申海盆，水深约3 800～3 900 m。楚科奇海陆架中部的哈罗德浅滩和东北部的哈纳浅滩，使楚科奇海陆架形成3条向北的低地形，自西向东分别为哈罗德水道（Herald Valley）、中央水道（Central Channel）和巴罗峡谷（Barrow Canyon）。

沿阿留申岛弧南侧向西流的阿拉斯加洋流经阿留申群岛间的海峡进入白令海后，沿岛弧北侧折向东流，受白令海陆坡的阻挡后，再折向西北沿陆坡形成逆时针环流。其中，部分洋流爬升至陆架并向北流动，经白令海峡进入楚科奇海。白令海陆架向北的洋流分为3支，东侧的为阿拉斯加沿岸流，中部的为白令海陆架流，西侧的为阿纳德尔流。这3股洋流在流经白令海峡时，未完全混合。阿拉斯加沿岸流仍沿阿拉斯加沿岸向北并经巴罗峡谷流入波弗特海。阿纳德尔流和白令海陆架流进入楚科奇海后，受地形的影响，一支经哈罗德水道向北流，另一支经中央水道向北流。在楚科奇海以北的西北冰洋海盆区，表层为波弗特环流，次表层为北大西洋流，这两股洋流的流动方向相反［24］（见图1）。

所采集样品的粒度分析结果显示，白令海陆架和楚科奇海陆架表层沉积物较粗，为粉砂质砂或砂质粉砂，阿留申海盆、楚科奇海陆坡及其前缘海盆区的表层沉积物为粉砂或泥。西北冰洋高纬度区的门捷列夫海盆、阿尔法脊和马卡洛夫海盆的表层沉积物为粉砂质泥。

4 分析结果

4.1 质量磁化率（χlf）

白令海和西北冰洋表层沉积物χlf在3.26×10－8～40.08×10－8m3／kg之间，并在区域上变化明显（见图2）。白令海圣劳伦斯岛以南、育空河口以西的陆架区，表层沉积物的χlf值整体较高，均大于20×10－8m3／kg，最高值达40.08×10－8m3／kg（NB-A站），χlf值向西和西南方向减小，至阿留申海盆的B06站位，χlf减小为6.43×10－8m3／kg。由圣劳伦斯岛向北至白令海峡，χlf也呈逐渐降低的变化趋势。经白令海峡进入北冰洋，表层沉积物的χlf值整体低于白令海陆架上的。在楚科奇海陆架，除靠近阿拉斯加沿岸个别站位外，如CC8、C05、C06、S21等的χlf值低于10× 10－8m3／kg外，其他绝大部分站位表层沉积物的χlf在14×10－8～18×10－8m3／kg之间。西北冰洋水深大于200 m的陆坡、海盆和洋脊区，χlf普遍低于10× 10－8m3／kg。位于巴罗水道内的表层沉积物，如Co1和Co10站位，以及位于加拿大深海平原正对巴罗水道的表层沉积物，如S25、S26、站位，其χlf值高于周边深海平原表层沉积物。

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

4.2 频率磁化率（χfd）

白令海和西北冰洋表层沉积物χfd值在0.84%～7.25%之间，其在平面上的变化趋势和χlf的相反（见图2）。在白令海，育空河口外侧和圣劳伦斯岛以南海域表层沉积物的χfd最低，通常小于2.5%，向西、西南方向以及向北，χfd值增大。楚科奇海陆架上，表层沉积物χfd值在3%～4.5%之间。在西北冰洋海盆和洋脊区，χfd值普遍大于4.5%，最大达7.25%。

4.3 非磁滞磁化率（χARM）

白令海和西北冰洋表层沉积物χARM在1.03× 10－6～33.10×10－6m3／kg之间。圣劳伦斯岛以南的白令海陆架上表层沉积物的χARM值全区最高，普遍大于16×10－6m3／kg，白令海盆和楚科奇海陆架表层沉积物的χARM值次之，楚科奇海陆坡和加拿大海盆的χARM值最低，小于4×10－6m3／kg。西北冰洋高纬度区的阿尔法脊和马卡洛夫海盆表层沉积物的χARM值也较加拿大海盆中的高（见图3）。

4.4 磁化率-温度变化（k-T）

图2 白令海和西北冰洋表层沉积物低频质量磁化率（a）和频率磁化率（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层沉积物k-T分析结果显示，所有样品经过加热至700℃，再冷却至室温后，磁化率值较加热前均有明显的增大，表明在升温和降温过程中有新的磁性更强的矿物生成。从磁化率在加热至550～580℃后快速减小以及在降温过程中在580℃之后的磁化率快速升高，表明新生成的磁性矿物以磁铁矿为主。不同的磁性矿物，因其解阻温度或居里点温度不同，导致加热过程中磁化率值在特定温度发生变化，由此反映出样品中所含的磁性矿物。白令海和西北冰洋表层沉积物的k-T曲线区域性特征明显，共可分为6种类型（见图4），各类型的分布见图5。

第一类k-T曲线，从室温加热至300℃，磁化率值缓慢增加，300℃至700℃，磁化率值持续减小。降温曲线自700℃至300℃，磁化率持续增大，降温至300℃以下时磁化率减小（见图4a）。此k-T曲线显示样品中的磁性矿物主要为磁赤铁矿［26—28］。磁化率值从300℃开始随温度的增加而减小，可解释为亚稳定的磁赤铁矿（γ-Fe2O3）受热转变为赤铁矿（α-Fe2O3）［27，29—31］。具此类k-T曲线的沉积物，分布在阿留申海盆中的B06和B07站位以及白令海陆架南部，如NB01、NB02和NB05站位。

第二类k-T曲线，除具有在300℃开始磁化率降低的磁赤铁矿特征外，升温和降温过程中在约580℃磁化率急剧减小或增大（见图4b）。580℃为磁铁矿的居里温度，表明样品中含有一定量的磁铁矿。具此类k-T曲线的样品，分布在白令海靠近俄罗斯大陆一侧的陆架和陆坡上，如B11、B14、BB01、BB05和BB06站位，此外，还分布在远离阿拉斯加沿岸海域的楚科奇海陆架上，如SR断面上的SR1-SR10站位、C04、C05、C07、C09等站位。位于加拿大深海平原巴罗峡谷外侧的S25站位，其k-T曲线也属此类型。

第三类k-T曲线，在升温至580℃前，磁化率值变化较小，580℃附近磁化率值急剧降低。降温曲线在580℃附近急剧增大，580～300℃缓慢增大，之后缓慢减小（见图4c）。此类k-T曲线表明样品中磁性矿物主要为磁铁矿，样品加热至450℃后磁化率缓慢下降至580℃，表明其中含极少量磁赤铁矿。具此类k-T曲线的沉积物，分布在白令海陆架育空河口外侧、圣劳伦斯岛的南北两侧，如NB08、NB-A、BS02、BS05、BS08等站位。

图3 白令海和西北冰洋表层沉积物非磁滞磁化率（a）及其与低频质量磁化率的比值（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

第四类k-T曲线，样品加热前后磁化率值增大幅度较大。在升温至约350℃前，磁化率值保持不变，自350℃左右磁化率值开始增大，并在约540℃时达到最大，然后快速降低（见图4d）。这种类型的k-T曲线表明沉积物中含黄铁矿，在升温过程中黄铁矿转变为磁性更强的磁铁矿［32—33］。具此类k-T曲线的沉积物，分布在楚科奇海阿拉斯加沿岸，如CC8、C02、C06、Co1、S21、S23等站位。

第五类k-T曲线，样品加热过程中磁化率值整体较低，降至室温后的磁化率值远大于加热前的。对升温曲线放大后可以看出曲线呈双峰或平台形。当温度低于280℃，磁化率值保持稳定，然后，磁化率值突然升高，但从320℃开始磁化率值又变小，至400℃后又开始升高，加热至约550℃之后，磁化率快速降至最低。从700℃降温至580℃附近时，磁化率值急剧增大（见图4e）。此k-T曲线表明沉积物中含胶黄铁矿和黄铁矿。280℃附近磁化率值的增高，是胶黄铁矿的典型特征［34—36］。胶黄铁矿在280℃以下温度保持稳定，280℃开始，胶黄铁矿分解并形成少量的磁黄铁矿和硫化物蒸汽［37］，而新生成的磁黄铁矿的居里温度在320～325℃［35，38］，这导致在k-T升温曲线上形成第1个峰。沉积物中的黄铁矿随着温度的继续升高，转化为磁铁矿，并在达到磁铁矿居里温度前形成第2个峰。有的样品，由于磁化率在280℃附近增大后，因磁黄铁矿分解而导致的磁化率降低幅度相对较小，使得双峰特征不明显，k-T升温曲线在280～540℃形成平台形状的高值区。具此类k-T曲线的沉积物，分布在楚科奇海台以北的马卡洛夫海盆、阿尔法脊、门捷列夫海盆，如BN03-BN12等站位。

第六类k-T曲线，如同第五类一样，升温过程中磁化率值远低于降至室温后的磁化率值。但与第五类k-T曲线不同的是加热至280℃时磁化率值仅有小幅度的增大，400℃以后磁化率值的增大更为明显（图4f）。表明该类型样品中，尽管仍含胶黄铁矿和黄铁矿，但胶黄铁矿相对于黄铁矿的含量，与第五类k-T曲线的样品相比大为降低。具此类型k-T曲线的沉积物，分布在楚科奇海盆、北风脊以及楚科奇陆坡外侧的加拿大海盆。

图4 白令海和西北冰洋表层沉积物典型磁化率-温度曲线Fig.4 Typical curves of temperature-dependent susceptibility of surface sediments in Bering Sea and western Arctic Ocean

图5 白令海和西北冰洋表层沉积物磁性矿物分布Fig.5 Magnetic mineral distribution of sediments in Bering Sea and western Arctic Ocean

5 讨论

磁化率主要反映了样品中亚铁磁性矿物的含量，此外，磁化率值还与磁性矿物的粒度和矿物种类有关［11，21，39—40］。通过对白令海和西北冰洋沉积物的k-T分析，研究区内表层沉积物中所含的磁性矿物，依其磁性强弱分别是：磁铁矿、磁赤铁矿、胶黄铁矿和黄铁矿［2］。表层沉积物中磁性矿物种类及其磁性强弱的差异，导致白令海和西北冰洋表层沉积物χlf的高低变化。白令海陆架育空河口外侧、圣劳伦斯岛南侧的表层沉积物，磁化率值为研究区最高，其所含磁性矿物为磁铁矿，而位于圣劳伦斯北侧的BS02、BS05和BS08站位，尽管表层沉积物中的磁性矿物仍为磁铁矿，但其磁化率值明显小于育空河口和圣劳伦斯岛南侧陆架的，表明沉积物中磁铁矿含量相对较低，含磁铁矿的沉积物在白令海陆架上是向北扩散和搬运的。

k-T曲线特征表明白令海靠近俄罗斯大陆一侧表层沉积物中含磁赤铁矿。其中，位于阿留申海盆西部的B06、B07站位的k-T曲线反映其仅含磁赤铁矿，向北东方向，自陆坡向陆架区域，表层沉积物中的磁铁矿相对含量增大。该磁铁矿，应为育空河输入的来自阿拉斯加陆地的磁铁矿向西的扩散。对白令海陆架石英的ESR研究表明来自育空河的沉积物可扩散至白令海西部陆架和陆坡区［41］。而磁赤铁矿，应来自白令海西侧的亚洲大陆。磁赤铁矿是亚洲大陆粉尘沉积中最常见的磁性矿物之一［29，42］。亚洲粉尘可沉降至白令海［43］，但也不排除该区域磁赤铁矿是通过东西伯利亚的阿纳德尔河输入白令海的，其他证据也表明白令海陆架西部，尤其是阿纳德尔河口外沉积物和育空河输入沉积物具明显不同的特征，表明白令海陆架西侧有阿纳德尔河输入的沉积物［41，44］。

楚科奇海阿拉斯加沿岸，表层沉积物中含黄铁矿。沉积物中的黄铁矿可以是自生的或陆源输入的。在还原条件下，如果沉积物中有足够的S2－，则可生成稳定的铁硫化物——黄铁矿［45］。但根据前人对阿拉斯加沿岸沉积物中的有机碳和生物耗氧量等的研究表明阿拉斯加沿岸底质并非处于缺氧环境［24］。在阿拉斯加西部，发育一些较小的河流，其向西北方向流入楚科奇海，如Kukpowruk River、Kokolik River、Utukok River等，这些河流流域出露岩石为中生代沉积岩［46］，与流入白令海的育空河流域以变质岩和火山岩为主的岩石类型不同，因此，可以推断，阿拉斯加沿岸沉积物中的黄铁矿，可能来自阿拉斯加西北部沉积岩中的黄铁矿。流入楚科奇海的河流与流入白令海的育空河的流域出露岩石的差异，也可解释为什么其输入的铁磁性矿物种类的差异，但也不排除该黄铁矿是早期成岩作用的产物。

k-T曲线显示，除阿拉斯加沿岸的楚科奇海中东部陆架上，表层沉积物中的磁性矿物为磁赤铁矿和磁铁矿，与白令海陆架西侧靠近俄罗斯大陆一侧的沉积物类似。因此，楚科奇海陆架上的磁赤铁矿和磁铁矿，一种可能的来源为来自白令海陆架。根据白令海和楚科奇海陆架上的洋流特征，位于白令海中西部的阿纳德尔流和白令海陆架流在白令海陆架上自南向北流经白令海陆架的磁赤铁矿和磁铁矿分布区，穿过白令海峡后在楚科奇海陆架上继续向北流。白令海颗粒物向楚科奇海的输运，已被沉积物中的Sr、Nd同位素［44］以及水体颗粒物中的210Pb所证实［47］。另一种可能的来源为东西伯利亚海。西伯利亚内陆的黄土沉积物中含磁赤铁矿［42］，这些磁性矿物经河流向北输入北冰洋后，再经如图1所示路径由东西伯利亚海输入到楚科奇海陆架。多种证据表明楚科奇海陆架沉积物有部分来自东西伯利亚海［44，48—49］。至于楚科奇海陆架中部和阿拉斯加沿岸沉积物中磁性矿物的差异，除表明其物质来源不同外，还受楚科奇海陆架上洋流的控制。来自阿拉斯加陆地含黄铁矿的沉积物受阿拉斯加沿岸流的作用，没有向西侧陆架扩散，同时，受楚科奇海陆架上向北流的白令海陆架－阿纳德尔流的控制，也使得陆架中东部含磁赤铁矿和磁铁矿的沉积物没有进一步向阿拉斯加沿岸扩散。

楚科奇海陆架以北深水区的表层沉积物中，含胶黄铁矿和黄铁矿等铁的硫化物，而且，在更高纬度的马卡洛夫海盆区、阿尔法脊以及门捷列夫深海平原，沉积物中胶黄铁矿的含量较南部的楚科奇深海平原、靠近陆坡的加拿大深海平原区的高。此深水区与陆架浅水区沉积物中磁性矿物的差异，一方面与北冰洋洋流的作用有关。在楚科奇海陆坡处，向北流的白令海陆架－阿纳德尔流受表层顺时针方向流动的波弗特环流和次表层逆时针方向流动的大西洋水团的影响，阻碍了楚科奇陆架上的沉积物进一步向高纬度的海盆区的扩散，表层沉积物质量磁化率值在高纬度区很低，也证实了陆架上磁性较强的磁赤铁矿和磁铁矿等铁的氧化物在西北冰洋深水区不存在或含量极低。此外，随着水深的增大，海底的氧化-还原环境发生变化。在还原环境下，碎屑成因的亚铁磁性氧化物（如磁铁矿）按粒级先小后大的顺序有选择性地被溶解［50—51］。沉积物中有机质降解和细菌硫酸盐还原作用，也可生成亚铁磁性的铁硫化物［18—20，45，52］。频率磁化率值的变化表明高纬度深水区沉积物中磁晶粒度位于SP／SD界线附近的磁性矿物含量显著增高，显示了陆架和深水区磁性矿物成因上的差异。沉积物中胶黄铁矿的成因，除早期成岩作用外，还多与微生物成因有关［52］。高纬度深水区表层沉积物中胶黄铁矿含量增加的原因，还有待进一步的深入研究。

值得注意的是，位于加拿大海盆巴罗峡谷外侧的S25站位，其表层沉积物中的磁性矿物特征与楚科奇海陆架上的一致，与周围其他富含铁硫化物的沉积物显著不同，这说明楚科奇海陆架上含磁赤铁矿和磁铁矿的沉积物，可通过巴罗峡谷输运到加拿大海盆中。

χfd和χARM分别对磁性矿物中的SP／SD和SD／PSD颗粒敏感。白令海和西北冰洋表层沉积物χfd值的分布表明加拿大海盆、阿尔法脊和马卡洛夫海盆区，表层沉积物中SP／SD磁性颗粒含量最高，楚科奇海陆架和白令海陆架西部SP／SD磁性颗粒含量次之，而白令海陆架东部育空河口外和圣劳伦斯岛南部陆架区，表层沉积物中SP／SD磁性颗粒含量最低。相对于多畴磁性颗粒，单畴颗粒能获得很强的ARM。一般磁性颗粒越大，χARM／χ越小。白令海和西北冰洋表层沉积物χARM／χ比值变化显示（见图3），白令海陆架东部和楚科奇海陆架、楚科奇海盆表层沉积物中的磁性颗粒相对较粗，而白令海陆架西部、阿留申海盆、加拿大海盆、阿尔法脊和马卡洛夫海盆区表层沉积物磁性颗粒相对较细。χfd和χARM均反映出陆架上表层沉积物的磁性矿物颗粒较海盆中的粗，这与物质来源相关的沉积物颗粒的粗细、前述磁性矿物的成因有关。χ与χfd反相关，表明陆架上强磁性矿物的磁晶粒度较粗，而海盆区弱磁性矿物的磁晶粒度较细。

白令海和西北冰洋不同区域表层沉积物中的磁性矿物种类和磁晶粒度不同，表明沉积物及其磁性矿物的来源、成因差异及其扩散范围不同。利用白令海和西北冰洋沉积物柱样的环境磁学参数进行古气候、古环境变化研究时，需根据磁性矿物来源及成因变化，分区域对环境磁学参数进行解释，这样才能更准确地获得过去气候环境变化的信息。

6 结论

（1）白令海陆架表层沉积物质量磁化率值整体高于楚科奇海陆架的。在白令海，表层沉积物质量磁化率值在育空河口外侧和圣劳伦斯岛南侧的陆架上最高，向北和西南方向变小。西北冰洋楚科奇海陆架中东部表层沉积物的质量磁化率高于阿拉斯加沿岸和高纬度深海平原和洋脊区的。白令海和西北冰洋表层沉积物的频率磁化率变化趋势与质量磁化率的相反，非磁滞磁化率的变化趋势与质量磁化率的相似。

（2）白令海和西北冰洋表层沉积物中的磁性矿物种类具明显的区域性分布。白令海圣劳伦斯岛南北两侧和育空河口外侧沉积物中的磁性矿物为磁铁矿，靠近俄罗斯陆地一侧和楚科奇海中东部陆架上的为磁赤铁矿和磁铁矿。楚科奇海阿拉斯加沿岸表层沉积物中含黄铁矿。楚科奇海陆坡区及其以北的深海平原与洋脊区，表层沉积物中含胶黄铁矿和黄铁矿，并且胶黄铁矿在高纬度区含量增加。

（3）沉积物中的磁性矿物种类差异表明，白令海陆架东部以磁铁矿主的表层沉积物是育空河输入的，并向北和西南方向扩散。阿拉斯加沿岸含黄铁矿的沉积物，是阿拉斯加西北部中小河流输入的，并受阿拉斯加沿岸流的控制。楚科奇海陆架上的沉积物，来自白令海或东西伯利亚海。楚科奇海陆坡及其以北的深海平原和洋脊区的胶黄铁矿，为自生成因的。

（4）受物质来源、洋流、沉积环境等因素的控制，白令海和西北冰洋沉积物中的磁性矿物种类和成因具区域性特征。在利用环境磁学参数进行沉积物柱样古气候环境变化的研究中，需考虑不同区域磁性矿物的来源和变化等因素。

致谢：感谢中国第四次北极科考队的全体科考队员和“雪龙”号全体船员为沉积物采样所付出的艰辛努力，尤其是地质组成员黄元辉、张海峰、刘小涯等队员。

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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

汪卫国，戴霜，陈莉莉，等.白令海和西北冰洋表层沉积物磁化率特征初步研究［J］.海洋学报，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。

中国第四次北极科考项目（CHINARE－2010）；海洋行业公益性项目（201105022－2，201205003）；南北极环境综合考察与评估专项（CHINARE2012－03－02，CHINARE2013－04－03－03）。

汪卫国（1970—），男，研究员，主要从事海洋沉积物特征及海洋第四纪地质研究。E-mail：wangwg＠vip.126.com