二ＯＯ一◆六月夏季 《第十八期》

[回精選專文首頁]

探訪黑潮的過去與未來

陳明德／海洋大學應用地球物理研究所

　　今年，可能是我國古海洋學研究邁向新世紀的重要里程碑。其中兩件大事，代表著我國古海洋學者步入國際舞臺的重要象徵──

　　一為延續我國於1997年在南海參與國際海洋古全球變遷研究（IMAGES）的牛刀小試──利用法國海洋研究船瑪麗安．杜帆妮號探取8支平均長約40公尺的巨型長管活塞岩心；我國學者今年將再度擔任國際合作領導的重責大任，於五、六月間與法國、德國、日本合作，將研究興趣擴張至整個西太平洋邊緣海，在IMAGES 2001年航次探取約40支巨型長管活塞岩心（圖一）。

　　二為海洋鑽探計畫（ODP）研究船果敢號（JOIDES Resolution），在我國古海洋與海洋地球物理學者的通力合作下，終於獲准於今年四月間，在南沖繩海槽鑽探一深達420公尺長的岩心，並在基隆港靠岸。而這兩件代表我國海洋地球科學界之重大突破進展的目標均指向「黑潮的古海洋」。

←《圖一》IMAGES 2001年航次

黑潮和海洋、氣候的變化密不可分

　　黑潮研究一直是我國海洋學研究中重要的一支。

　　黑潮為太平洋的西邊界流，屬於北太平洋渦旋的一部份。黑潮從太平洋低緯傳輸大量的熱與水氣至高緯地區，因此就全球氣候系統緯度溫鹽平衡而言，亦扮演著重要角色。由於黑潮在海洋與氣候系統上的重要性，對東北亞而言，這洋流的變化亦是決定該區環境變化的重要因子。

　　黑潮係發源於位呂宋東方之太平洋北赤道流，流速約為1∼2節，流量約為北赤道流之1/2∼3/4，約20∼30x106立方/秒。黑潮進入下游地區後，由於西向增強效應，流速增加至3∼4節，流量亦增大至50∼60x106立方/秒。因此，黑潮的流量與路徑的變化在不同的時間尺度上均與氣候系統的變化息息相關。

　　許多觀測與模式研究均指出黑潮受到諸多海洋－氣候因子控制，例如：

1. 北太平洋副熱帶高壓系統
2. 北赤道流／低緯太平洋信風系統
3. 東亞季風系統
4. 聖嬰現象與南方振盪之千年尺度氣候變化
5. 西太平洋邊緣海海盆峽口分佈型態與侵入流格局

以往的黑潮研究：高品質岩心取得不易

　　過去學者對黑潮的古海洋研究並不多，主要係受限於西太平洋洋盆深度較深，大部份都超過區域性溶躍層深度，因此不易採得高品質的沈積物岩心。少數過去研究均僅限於記錄分析採自日本東岸的短沈積物岩心、其最近一次冰期－間冰期，或千年尺度的變化。前人這些研究結果顯示，黑潮與親潮交界處的鋒面所表現出的海水表面溫度梯度變化，隨氣候變化而有緯度遷移的現象。

　　過去黑潮相關的古海洋研究均集中在下游區，即日本東岸與西北太平洋，較少投入黑潮的上游地區。黑潮在上游地帶入侵東海陸棚與沖繩海槽，為極具區域海洋動力特徵的系統。過去琉球大學海洋地質學者氏家宏，曾有系統地分析本區表層沈積物的浮游有孔蟲化石群聚分佈，與最近一次冰期－間冰期的短岩心記錄。這些資料對於本計畫所提的「南沖繩海槽黑潮高解析度古海洋記錄」研究提供了良好基礎。

高度解析南沖繩海槽的KS-1岩心

　　我國正式向海洋鑽探計畫提出的計畫書通過了，已列入今年195航次，岩心鑽探站位KS-1（24°48.24'N，122°30.0'E，水深1,288公尺）（圖二）。我國學者提出分析KS-1岩心的高解析度古海洋記錄，以評估不同氣候控制因素從千年至軌道力時間尺度對黑潮產生的影響或交互作用。

←《圖二》岩心鑽探站位KS-1與黑潮的相關位置圖

　　KS-1岩心位於南沖繩海槽，為黑潮上游主流所經之處。目前任職於國立台灣大學海洋研究所的海洋地球物理學者劉家瑄教授，多年前辛苦完成的兩組多頻道震測剖面顯示，本區地層應由連續的遠洋性沈積物組成。KS-1岩心深420公尺，應可回收約最近二百萬年的沈積物記錄。這時間尺度涵蓋了豐富的古氣候變化事件，例如冰川體積變化、軌道力驅動太陽輻射量分佈變化、碳酸鹽保存度變化、與不同的氣候變化速率形式等。

　　最近的氣候模式研究亦指出，北赤道流曾在西太平洋往北折返，是受到西太平洋島嶼分佈的邊界效應影響，顯示出黑潮與西太平洋海盆之複雜海底地形有密不可分的關係。我國學者將執行的長古海洋計綠重建工作，有助於辨識不同氣候邊界條件對黑潮的影響，並可與氣候模式結果相比較，以定量瞭解不同邊界條件對黑潮影響的程度。

階段工作1：初步分析KS-1岩心的沈積物

　　現代沖繩海槽的沈積物的主要組成，為附近河川所帶來的陸源物質，與海洋生物源碳酸鹽、蛋白石等，並夾有少量火山源沈積物。

　　我國古海洋學者早已躍躍欲試，祇待岩心一上岸，便要展開週密的分析計畫，希望能儘早瞭解控制黑潮長期變化的因子為何。我國學者提出的分析項目包括：

1. 分析有機碳、碳酸鹽、與蛋白石生物源沈積物含量，以瞭解黑潮海域的海洋生物生產力變化與海洋氣候變遷的關係；
2. 分析高解析度沈積物表面反射色，以藉由最新發展的遙測技術，快速獲得沈積物組成變化資料，並可將解析度提高至約百年時間尺度；
3. 分析浮游有孔蟲化石群聚、長碳鍊烯酮類不飽和度、與鎂／鈣比等，可作為過去海水表面溫度變化的指標；
4. 分析有孔蟲氧同位素、碳十四定年、與古地磁磁場強度等資料，以建立KS-1岩心之高解析度時間地層模式；
5. 分析沈積物粒徑與組成，以瞭解本區沈積物來源。

階段工作2：進－步探討黑潮的古海洋

　　黑潮現今是於台灣與琉球島弧南端之間進入沖繩海槽，並沿著東海外陸棚區域向東北流動。因此，黑潮在KS-1岩心位置所在的北緯24度附近的變化，應反應本區在冰期－間冰期之不同階段改變的海底地形條件。許多前人研究亦指出，本區的古海洋岩心記錄顯示黑潮在晚第四紀具有相當高度的不穩定性。黑潮於冰期時所引起的水文條件改變，亦可能與其他氣候因素變化所引起的水文條件改變相似，例如東亞季風增強與極區鋒面系統的南移等。

　　預期KS-1岩心古海洋記錄將可與過去發表的北太平洋、南海、與西太平洋暖池的古海洋記錄相比較，以瞭解西太平洋區域氣候的連繫。KS-1岩心古海洋記錄亦可與過去ODP的岩心記錄比較，以瞭解東－西太平洋低緯地區對不同氣候邊界條件變化的反應。

　　預期我國古海洋學者將利用KS-1岩心古海洋記錄資料進一步探究下列古海洋學問題，並期待本次鑽探成功，為未來我國提出完整的黑潮古海洋鑽探航次奠定基礎，並在2003年後繼起的整合海洋鑽探計畫（IODP）扮演積極角色。

1. 西太平洋在構造時間尺度長期氣候變遷趨勢；
2. 軌道力時間尺度於約七十萬年前，在西太平洋從四萬一千年優勢週期轉變為十萬年優勢週期的表現；
3. 與其他太平洋古海洋記錄比較，探討類似聖嬰／反聖嬰現象等長期性古氣候系統是否存在；
4. 瞭解黑潮在千年時間尺度的變化形式：例如類似於北大西洋岩心記錄所廣泛報導的Heinrich事件，可從本研究中瞭解其在西太平洋所表現的強度與幅度；並可與東太平洋所建立的相同時間尺度記錄相比較；此外，最近數次間冰期極盛期，例如氧同位素第十一階在西太平洋的狀況，亦可從本研究中獲得初步瞭解。

回頁首