Late Pliocene(6.8−0.004 Ma)vegetation evolution and sea−level fluctuations on the southern coastal plain of Laizhou Bay, Bohai Sea, China
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摘要:研究目的
海岸带沉积物中的微体古生物化石保存着丰富的地质环境信息,本文的目的是重建莱州湾南岸晚上新世以来的古植被演替与海平面波动关系。
研究方法拟通过对HLL01钻孔的孢粉、淡水藻类、海相沟鞭藻、有孔虫内衬等微体古生物化石的分析,恢复和重建莱州湾南岸及其附近地区晚上新世以来的古植被演替与海平面波动。
研究结果(1)在晚上新世—早更新世阶段(约6.8~1.6 Ma),大量的陆生草本花粉(75.13%)指示研究区的植物群落主要以藜科、蒿属及禾本科为主的草原植被,气候温暖偏干。(2)在早更新世—中更新世阶段(约1.6~0.6 Ma),研究区的植物群落开始由草原向森林草原类型过渡;急剧增加的淡水藻类,则指示研究区可能有大的河流注入,或形成较大规模的湖泊;降水量增加,气候变得湿润。(3)在中更新世—晚全新世阶段(约0.6~0.004 Ma),研究区的植物群落已经变成森林草原植被。淡水藻类含量略有降低,指示研究区的河流注入量开始减少,湖泊面积也开始萎缩。同时,海相沟鞭藻和有孔虫内衬等海相化石记录,指示研究区在该阶段出现了较为明显的大规模海侵事件。
结论莱州湾晚上新世以来发生了3次古植被演替与海平面波动事件。
创新点:(1)系统开展了莱州湾南岸的孢粉、淡水藻类、海相沟鞭藻、有孔虫内衬等微体古生物化石的研究工作;(2)依据微体古生物化石记录,揭示了晚上新世以来3次主要的古植被演替与海平面波动事件。
Abstract:This paper is the result of coastal geological survey engineering.
ObjectiveMicrofossils, especially pollen, spores, and dinoflagellate cysts, as direct indicators or proxies, provide significant information on geological environment. Therefore, palynological analysis has an important role in restoration and reconstruction of vegetation history and sea−level fluctuations, which provides information from the sediment cores, especially in alluvial coastal plain regions.
MethodsIn this study, we carry out analyses using detailed palynological records of pollen, spores, freshwater algae, marine dinoflagellate cysts, and foraminiferal organic linings from Borehole HLL01 on the southern coastal plain of Laizhou Bay, Bohai Sea, northern China.
ResultsThe results provide valuable information on vegetation history and sea−level fluctuations since the Late Pliocene. Large amounts of terrestrial herb pollen (75.13%; mainly composed of Chenopodiaceae, Artemisia and Poaceae) were identified at Borehole HLL01, suggesting that coastal steppes flourished in the study area and its adjacent areas, and a cold and dry climate than the present during the Late Pliocene to Early Pleistocene, ca. 6.8−1.6 Ma. After that, the steppe areas began to shrink, and the transition of coastal steppes to forest grasslands occurred in the Early−Middle Pleistocene, ca. 1.6−0.6 Ma, indicating a warm and humid climate. A sharp increase in freshwater algae indicates that large rivers’ discharge had been injected into the study area, or large lakes were formed. Afterward, relatively cool and dry climatic conditions appeared, with little precipitation, and a relatively significant transgression event revealed by dinoflagellate cysts and foraminifera organic linings, and forest grassland vegetation was distributed in the study area and its adjacent areas, during the Middle Pleistocene to Holocene, ca. 0.6−0.004 Ma.
ConclusionsThree ancient plants have occurred and the sea level fluctuations occurred since the Late Pliocene (6.8−0.004 Ma) in the Laizhou Bay.
Highlights:(1) Pollen, spores, freshwater algae, marine dinoflagellate cysts, and foraminiferal organic linings from the southern coastal plain of Laizhou Bay were investigated. (2) Three major phases shown by palynological results were corresponding to the vegetation evolution and sea-level fluctuations.
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1. 引 言
全球超过10%的人口居住在海岸带、三角洲等低海拔地区,在全球变暖的大背景下,海平面上升直接影响到沿海地区的人类生存,已经成为重要的环境问题(Pickering et al., 2012; Giosan et al., 2014)。莱州湾是渤海的三大海湾之一,湾内河流众多,海陆相互作用强烈,对植被演替、环境变化及海平面波动十分敏感,其陆海相互作用下的沉积过程及沉积环境演变一直是地质学界关注的焦点(李倩等,2016;杨吉龙等,2016;田立柱等,2016;Gao et al., 2019)。多年来,众多学者运用不同的研究手段,如微体古生物学、地层学、元素地球化学等多种指标,对莱州湾,特别是南部和西部第四纪以来的海相地层、沉积古环境及其气候变迁进行了深入的研究,取得了丰硕的研究成果(庄振业等,1987;林防等,2005;郭飞等,2016;Duan et al., 2018;Yin et al., 2018;Chen et al., 2019;Mei et al., 2019;Wang et al., 2019;Zhang et al., 2019;Zhao et al., 2019;Gao et al., 2020)。孢子、花粉(简称孢粉)是植物的组成部分,因其外壁富含耐高温、氧化和酸碱腐蚀的孢粉素(C96H22O24),可以经过漫长的地质年代,仍然被很好地保存下来(王开发和王宪曾,1983;郝秀东等,2020);加之其具产量大、种类丰富,已成为恢复和重建古植被和古环境最直接、最可信的代用指标之一(宋长青和孙湘君,1997;Nakagawa et al., 2003;Zhao et al., 2011;Zheng et al., 2014;Cong et al., 2021)。吕厚远(1989)、刘恩峰等(2004)在渤海南岸开展相关孢粉学研究,但时间跨度多集中在晚更新世阶段,上新世阶段等更久远时期的孢粉学研究,目前相关研究文献却较少(如黄猛等,2019;姜兴钰等,2020)。大量的研究表明,上新世是地球地质历史上一个非常重要的时期。上新世以来地球系统的众多边界条件发生了显著变化(Zachos et al.,2001),伴随着温室气体浓度的逐步下降(Lunt et al.,2008),北极冰盖最终形成,北半球典型的第四纪冰期出现(DeMenocal,2004),地球气候从中新世的温暖状态转变为更新世典型的冰期—间冰期旋回模式(Lisiecki and Raymo, 2005)。在上新世时期,地球大气中二氧化碳浓度约为4×10−4,南极冰盖超过1/3融化,全球平均海平面比今天高约20 m(Grant et al., 2019)。在全球变暖的大背景下,如果地球平均气温上升幅度超过2℃,这将会越过南极冰盖的稳定临界点,或许会导致南极冰盖在几个世纪内完全融化,到那时,全球平均海平面将会大幅度上升,海岸线也将被重塑,势必会威胁到人类的生存安全(Grant et al., 2019)。
基于此,本研究拟通过对莱州湾南岸HLL01钻孔的孢粉学分析,结合古地磁结果建立年代框架,运用钻孔中出现的孢粉、海相沟鞭藻类、淡水藻类及有孔虫内衬等多种微体古生物化石记录,恢复和重建晚上新世以来莱州湾南岸及其附近地区的植被演变、古水文演化、气候变化及海平面波动,为进一步研究环渤海地区的古植被、古环境及古气候变迁提供参考资料。
2. 研究区概况
2.1 地貌与地质背景
莱州湾南岸海岸带的地理区间为118°32'E~119°37' E,36°25'N~37°19' N,西起淄脉沟口,东至胶莱河河口,北邻莱州湾;是典型的淤泥质堆积海岸,总面积为5702.95 km2(田立鑫等,2021)。研究区现代地势平坦宽广,坡度很小,属海相沉积平原地貌,潮间带宽度3~5 km,地势自南向北倾斜,沿海平原地势相对华北平原更陡,坡降可达0.3‰。区内分布有弥河、小清河以及白浪河水系,其中,弥河和小清河径流量和输沙量较大,平均径流量分别为428×109 m3/a和85×109 m3/a,平均输沙量分别为8.4×105 t/a和3.7×105 t/a(田立柱等,2016)。这些河流携带的大量沉积物(泥、沙等)汇入渤海,部分泥沙在莱州湾南岸沉积。但是,随着人类活动的加剧,港口建设、海水养殖、盐化工等土地利用变化剧烈(Yao et al., 2012; Liu et al., 2016)。本研究所选的HLL 01钻孔位于莱州湾南岸,其经纬度分别为:37°06'24"N,119°07'07"E(图1)。
莱州湾南岸是在华北克拉通基底上发育的中—新生代断陷、坳陷叠合形成的渤海湾盆地的组成部分(Allen et al., 1997; Qi and Yang, 2010),位于郯庐断裂中段沂沭断裂的东、西两支之间(Zhang et al., 2003)。在中新世中晚期,研究区整体处于稳定的沉降环境(Allen et al., 1997; Hu et al., 2001; He and Wang, 2003; 吴时国等,2006;Yu et al., 2008)。晚第四纪以来,沉积环境类型主要为三角洲、河口、潮坪、冲积扇、洪积扇、海岸沙丘等(陈明等,1991;赵松龄,1995;孟庆海等,1999;于洪军等,1999;薛春汀和丁东,2008),下伏地层以河湖相为主(Yi et al., 2015)。
2.2 气候与植被
莱州湾属暖温带季风气候,受季风影响较大,冬季寒冷干燥,夏季炎热潮湿。年平均气温11.9~12.6℃,最低平均温度−3.8°C,最高平均温度25.9°C,分别出现在1月和7月。年平均降水量为612.5~660.1 mm,最大降水集中在6—9月;年均蒸发量1776 mm,高于降水量;年均无霜期187天(Bi et al., 2014;杨吉龙等,2016)。
据中国科学院中国植被图编辑委员会(2007),莱州湾南岸属黄河三角洲小麦、棉花、杂粮栽培植被,碱蓬盐生草甸小区。现代植被类型包括滨海湿地、人工栽培区、草地、阔叶林和针阔混交林,由48科129属197种植物构成,主要科属包括松属、高山栎属、鹅耳栎属、木犀科、桑科、禾本科、藜科、蒿属、毛良属、蓼科、香蒲属、莎草科、卷柏属等(吴征镒,1980;张绪良等,2008)。栽培作物主要为冬小麦。
3. 研究方法及年代框架
3.1 岩性描述及样品采集
HLL01钻孔海拔约3 m,由天津地质调查中心于2012年夏天实施钻井作业(姜兴钰等,2016;李倩等,2016),全孔进尺452 m,取心率为94%。本次研究的孢粉样品按照1~16 m不等间距进行采集,共采集了HLL01钻孔岩心100份孢粉样品。整孔沉积环境变化明显,可划分为50层,具体参见姜兴钰等(2016),本文不复赘述。
3.2 实验室处理
采用传统的过筛法(Brown, 2008)进行孢粉实验室的提取,即先加盐酸去除样品中的钙质,再加氢氟酸去除硅质,最后在超声波中运用7 μm网筛过筛。在提取孢粉及藻类的实验过程中用到大量的盐酸和氢氟酸,有孔虫壳体(钙质或硅质)会被化学反应溶蚀掉,但是,有孔虫内部的有机质部分,即有孔虫内衬,却能很好的保存下来(Hao et al., 2020)。孢粉统计有效粒数在100~586,每个样品平均126粒。对于样品中出现的海相沟鞭藻、淡水藻类及有孔虫内衬等微体化石,在鉴定和统计孢粉数目的同时也进行相应的鉴定和统计。孢粉图谱百分比含量按孢子与花粉总数计算,淡水藻类百分含量以孢子、花粉及淡水藻类的总数计算。海相沟鞭藻和有孔虫内衬的含量极低,则直接统计数值,不计算百分比。
孢粉(藻类)浓度计算采用已知浓度的现代石松(Lycopodium)孢子(27637粒/片)“外加标志法”(Maher, 1981),再依据孢粉浓度计算公式进行浓度计算。
孢粉浓度值(粒/克)=加入石松孢子数×统计孢粉数鉴定的石松孢子数×样品质量(克) 所有样品中出现的孢粉、淡水藻类、海相沟鞭藻类及有孔虫内衬等微体化石,均是在 Leica DM4000 B光学显微镜10×40倍下进行鉴定和统计。孢粉、藻类百分比及浓度的图谱采用Tilia (1.7.16) 软件绘制。
3.3 年代框架
姜兴钰等(2016)对HLL 01孔作了详细的古地磁地层学研究,建立了HLL 01钻孔地层年代框架(图2)。钻孔底界年龄为7.0 Ma,140 m以下为上新统,140 m以上为更新统,其中140~75 m为下更新统,75~35 m为中更新统,35~11 m为上更新统,全新统埋深约11 m(姜兴钰等,2016)。
图 2 HLL01孔的古地磁年代学框架(天然剩磁/NRM;据姜兴钰等,2016修改)Figure 2. Magnetostratigraphic chronology of borehole HLL01 (NRM: Natural Remanent Magnetization; modified from Jiang Xingyu et al., 2016)4. 结 果
4.1 孢粉结果
整体来看,HLL01钻孔的孢粉型化石(包括孢子、花粉、淡水藻类、海相沟鞭藻及有孔虫内衬等)保存状况良好,共鉴定出花粉和孢子113科属(图3),其中针叶乔木类5属,热带亚热带阔叶乔木和灌木类22科属,温带阔叶乔木和灌木类28科属,陆生草本类48科属,蕨类孢子10科属,以及淡水藻类3属(表1)。本研究中的海相沟鞭藻、有孔虫内衬没有进行属种鉴定,只统计了其具体数值。具体孢粉类型及生态学划分(吴征镒,1980)详见表1。
表 1 HLL01钻孔鉴定的孢粉类型及生态学划分Table 1. Pollen type identified in the borehole HLL01 and ecological division高山针叶林 云杉(Picea);铁杉(Tsuga);冷杉(Abies) 热带亚热带针叶林 松属(Pinus);柏科(Cupressaceae) 热带、亚热带
阔叶林常绿栎属(Quercus−evergreen);豆科(Leguminosae);桑科(Moraceae);木犀科(Oleaceae);枫香属(Liquidambar);大戟科(Euphorbiaceae);楝科(Meliaceae);无患子科(Sapindaceae);水青冈属(Fagus);柿树科(Ebenaceae);黄连木属(Pistacia);木兰科(Magnoliaceae);槭树科(Aceraceae);臭椿属(Ailanthus);冬青属(Ilex);山矾科(Symplocaceae);连翘属(Forsythia);大风子科(Flacourtiaceae);接骨木属(Sambucus);鼠李科(Rhamnaceae);马鞭草科(Verbenaceae) 温带阔叶林 桤木属(Alnus);桦木属(Betula);鹅耳枥属(Carpinus);榛属(Corylus);朴属(Celtis);落叶栎属(Quercus-deciduous);胡桃属(Juglans);胡颓子属(Elaeagnus);骆驼蓬属(Peganum);枫杨属(Pterocarya);榆属(Ulmus);柳属(Salix);蔷薇科(Rosaceae);椴树属(Tilia);忍冬科(Caprifoliaceae);麻黄属(Ephedra);丁香属(Syringa);柽柳属(Tamarix);白刺属(Nitraria);香椿属(Toona);绣线菊属(Spiraea);白蜡树属(Fraxinus);沙棘属(Hippophae);杜鹃花科(Ericaceae);盐肤木属(Rhus);霸王属(Zygophyiium);骆驼刺属(Alhagi);葡萄科(Vitaceae) 草本 禾本科(Poaceae);蒿属(Artemisia);藜科(Chenopodiaceae);天南星科(Araceae);莎草科(Cyperaceae);菊科(Compositae);香蒲属(Typha);蓼科(Polygonaceae);百合科(Liliaceae);唇形科(Lamiaceae);酸模属(Rumex);莎草科(Cyperaceae);茄科(Solanaceae);鸢尾科(Iridaceae);柳叶菜科(Onagraceae);毛茛科(Ranunculaceae);爵床科(Acanthaceae);石竹科(Caryophyllaceae);荨麻科(Urticaceae);茄科(Solanaceae);堇菜属(Violo);赪桐属(Clerodendrum);虎耳草属(Saxifraga);龙胆属(Gentiana);葎草属(Humulus);报春花属(Primula);茜草属(Rubia);玄参科(Scrophulariaceae);婆婆纳属(Veronica);耧斗菜属(Aquilegia);旋花属(Convolvulus);萎陵菜属(Fragaria);地榆属(Sanguisorba);金莲花属(Trollius);唐松草属(Thalictrum);菟丝子属(Cuscuta);车前属(Plantago);夏至草属(Lagopsis);伞形科(Umbelliferae);老鹳草属(Geranium);千屈菜科(Lythraceae);白花菜科(Capparidaceae);狐尾藻属(Myriophyllum);眼子菜属(Potamogeton);苦苣苔科(Gesneriaceae);黑三棱属(Sparganium);假婆婆纳属(Stimpsonia) 蕨类 水蕨属(Ceratopteris);水龙骨科(Polypodiaceae);凤尾蕨属(Pteris);石松属(Lycopodium);鳞盖蕨属(Microlepria);卷柏属(Selaginella);中华卷柏(Selaginella sinensis);膜蕨科(Hymenophyllaceae);蹄盖蕨科(Athyriaceae);铁线蕨 (Adiantum);单缝孢子(Monolete spores) 淡水藻类 盘星藻 (Pediastrum);双星藻(Zygnema);环纹藻(Concentricystis) 4.2 孢粉组合特征
HLL01钻孔孢粉组合整体上以禾本科(Poaceae)、藜科(Chenopodiaceae)和蒿属(Artemisia)等陆生草本花粉为主。松属(Pinus)、丁香属(Syringa)和落叶栎属(Quercus−D)等木本花粉次之。中华卷柏(Selaginella sinensis)和铁线蕨属(Adiantum)等蕨类孢子含量最低(图3)。此外,本钻孔还保存着大量的盘星藻属(Pediastrum)、双星藻(Zygnema)及环纹藻(Concentricystis)等淡水藻类、海相沟鞭藻和有孔虫内衬(其成分与孢粉壁类似,可以在地层中很好的保存下来)。
根据HLL01钻孔主要孢粉类型百分比和藻类浓度变化特征,对其进行聚类分析,得出3个孢粉组合带,自下而上为带Ⅰ, 带Ⅱ和带Ⅲ(图3)。
4.2.1 带 I:晚上新世早更新世(6.8~1.6 Ma;447~110 m)
本带的孢粉浓度为4.93粒/g,为整个钻孔最低值。
孢粉组合以草本为主,主要为藜科(28.76%)、蒿属(23.53%)和禾本科(11.73%),含量高达75.13%(平均值,下同),为整个钻孔的最高值。木本主要为针叶类松属(13.67%),阔叶类丁香属(2.65%)、桦木属(1.26%)及落叶栎属(1.11%),含量为22.41%。蕨类主要为中华卷柏(1.03%)和铁线蕨属(0.75%),含量最低,为2.46%。
淡水藻类主要为盘星藻(5.11%),并伴有极少量的环纹藻(0.06%)和双星藻(0.01%),含量在整个钻孔中最低,为5.18%。海相沟鞭藻和有孔虫内衬在本带缺失。
4.2.2 带Ⅱ:早更新世—中更新世(1.6~0.6 Ma;110~40 m)
本带的孢粉浓度略有增加,从4.93粒/g 升至5.66粒/g。
本带仍以草本为主,其含量从75.13%下降至65.55%,木本含量则从22.41%增加至32.27%,蕨类孢子含量略有下降,从2.46%降至2.18%。主要科属的含量分别为:藜科(24.92%)、蒿属(24.79%)、禾本科(10.81%)、松属(19.88%)、丁香属(7.79%)、桦木属(1.62%)、落叶栎属(1.35%)和中华卷柏(1.09%)。
淡水藻类含量在本带急剧增加,为整个钻孔中最高,达20.10%,主要为盘星藻(20.03%),并伴有极少量的环纹藻(0.03%)和双星藻(0.03%)。此外,海相沟鞭藻零星出现在两个样品中,有孔虫内衬在本带持续缺失。
4.2.3 带Ⅲ:中更新世—晚全新世 (0.6~0.004 Ma;40~0.5 m)
本带的孢粉浓度急剧增加,从5.66粒/g升至341.23粒/g,为整个钻孔最高值。
本带的草本含量持续降低,为64.17%,主要科属为藜科(26.99%)、蒿属(17.82%)、禾本科(10.18%)。木本含量持续增加,为34.31%,主要为松属(18.47%)、丁香属(4.36%)、桦木属(4.26%)及落叶栎属(2.72%)。蕨类含量持续降低,为1.52%,主要为中华卷柏(0.46%)。
淡水藻类含量在本带略有降低,为19.03%,但环纹藻和双星藻的含量却有增加,分别为4.53%和0.35%,盘星藻的含量(14.15%)较带Ⅱ有所降低。此外,海相沟鞭藻开始出现在多个样品中,有孔虫内衬出现在一个样品中。
5. 讨 论
5.1 莱州湾南岸的古植被演替
综合HLL01钻孔的孢粉记录,其含量整体上以草本为主,木本次之,蕨类含量最低,指示晚上新世以来莱州湾南岸的古植被类型变化不大,主要为草原−森林草原交替波动。
5.1.1 晚上新世—早更新世草原植被
在晚上新世—早更新世(7.5~1.1 Ma)阶段,草本花粉含量达到整个钻孔的最高值(75.13%),主要以藜科(28.76%)、蒿属(23.53%)和禾本科(11.73%)等为主的陆生草本植物。木本主要以松属(13.67%)为主,并伴生一些丁香属(2.65%)、桦木属(1.26%)及落叶栎属(1.11%)等阔叶乔木类。考虑到松属花粉的超代表性(伍婧等,2013),如果剔除松属花粉,木本花粉的含量则很低(8.74%)。蕨类含量最低(2.46%),主要为中华卷柏(1.03%)和铁线蕨属(0.75%)。孢粉记录指示从晚上新世进入早更新世之后,莱州湾南岸及其附近地区的植物群落主要以藜科、蒿属及禾本科为主的草原。
5.1.2 早更新世—中更新世草原−森林草原过渡植被
在早更新世—中更新世(1.1~0.2 Ma)阶段,草本和蕨类孢子含量略有下降,分别为65.55%和2.18%。木本含量则略有增加,为32.27%;剔除具有超代表性的松属花粉,含量为12.39%。孢粉记录指示莱州湾南岸及其附近地区的植被类型开始由以藜科(24.92%)、蒿属(24.79%)及禾本科(10.81%)为主的草原,向其间分布着一些以松属为代表的针叶木本和以丁香属、桦木属及落叶栎属等为代表的阔叶木本植物的森林草原过渡。
5.1.3 中更新世—晚全新世森林草原植被
在中更新世—晚全新世(0.2~0.004 Ma)阶段,草本和蕨类孢子含量持续降低,分别为64.17%和1.52%,木本含量持续增加(34.31%),主要为松属(18.47%)、丁香属(4.36%)、桦木属(4.26%)及落叶栎属(2.72%)。剔除松属花粉,木本花粉含量为15.84%。孢粉记录指示莱州湾南岸及其附近地区在中更新世—晚全新世阶段,植被类型已经由草原−森林草原过渡阶段,演替为森林草原植被。
5.2 莱州湾南岸的古水文演化
HLL01钻孔的保存着大量的淡水藻类,主要为盘星藻属、环纹藻属和双星藻属。盘星藻是一类广域性分布的水生藻类植物,生活在淡水或微咸水湖泊、池塘、洼地或流速不大的小河等各种静止水体中,硬水中更为常见(唐领余等,2013)。现生盘星藻几乎都生于淡水,迄今为止海产种类没有发现(张玉兰和张敏斌,2002)。环纹藻化石在中国第四纪地层中有广泛的分布,是一种具指相意义、对气候有较强适应性的藻类,往往与莎草科、香蒲、眼子菜、泽泻、浮萍等水生植物共同出现,且经常与淡水生盘星藻、双星藻、鼓藻共生,反映温热湿润的淡水湖沼或河漫滩积水沼泽的沉积环境(王开发和韩信斌,1983;柯曼红,1995;张玉兰和张敏斌,2002)。现代双星藻一般生长于含有机质丰富的浅的、静止的淡水中,尤其是小水坑、沼泽等水体最适宜它们生长繁殖。个别种类能在半咸水中生活,少数种类生长在潮湿土壤上(胡鸿均等,1980;王开发等,1982;张玉兰和张敏斌,2002)。综合HLL01钻孔的淡水藻类化石记录,在晚上新世—早更新世阶段,含量为整个钻孔的最低值(5.18%),主要为盘星藻(5.11%),并伴有极少量的环纹藻(0.06%)和双星藻(0.01%),并结合周边钻孔资料(黄猛等,2019;姜兴钰等,2020),指示莱州湾南岸及其附近地区并没有大的河流注入,或形成面积较大的湖泊,降水量较少,气候偏干。在早更新世—中更新世阶段,淡水藻类含量急剧增加,为整个钻孔中最高(达20.10%),主要为盘星藻(20.03%),指示莱州湾南岸及其附近地区可能有大的河流注入,或有大的湖泊形成,降水量增加,气候变得湿润。在中更新世—晚全新世阶段,淡水藻类含量在本带略有降低(19.03%),指示莱州湾南岸及其附近地区河流注入量开始减少,湖泊面积也开始萎缩,气候变得寒冷偏干。
5.3 莱州湾南岸的海平面波动
除了极少数淡水种以外,沟鞭藻类绝大多数生长在海洋里,几乎出现在所有的海洋沉积物中,加之其个体小,数量丰富,对环境反应灵敏,常常用来反映河口、湖泊及微咸内陆海等水环境,识别古海洋环境、重建古海水温度、追踪洋流演化历史、恢复和重建古海岸线、揭示海侵和海退事件等,特别是在缺乏钙质和硅质微体化石的情况下(Zonneveld et al., 1997, 2001, 2007; Morzadec−Kerfourn, 2005; van Soelen et al., 2010),已成为古生物学、古海洋学研究的一个重要手段(Hao et al., 2020)。
综合HLL01钻孔的海相化石记录,在晚上新世—早更新世阶段,海相沟鞭藻和有孔虫内衬均缺失;在早更新世—中更新世阶段,有孔虫内衬持续缺失,只在两个样品中零星出现海相沟鞭藻;但在中更新世—晚全新世阶段,海相沟鞭藻开始出现在多个样品中,有孔虫内衬也出现在一个样品中。海相沟鞭藻和有孔虫内衬记录显示在晚上新世—中更新世阶段,化石缺失或零星出现在两个样品中,指示莱州湾南岸及其附近地区,在该阶段并没有出现大规模海侵事件;但是,到了中更新世—晚全新世阶段,海相沟鞭藻出现在多个样品中,同时,有孔虫内衬也出现在一个样品中,指示研究区在该阶段出现了较为明显的大规模海侵事件。
6. 结 论
综合HLL01钻孔的孢粉、淡水藻类、海相沟鞭藻及有孔虫内衬等微体化石记录,恢复和重建了晚上新世以来莱州湾南岸及其附近地区的植被环境及海平面变迁,具体如下:
(1)晚上新世—早更新世(6.8~1.6 Ma)温暖偏干期,莱州湾南岸及其附近地区的植物群落主要以藜科、蒿属及禾本科为主的草原,极低的淡水藻类含量也指示研究区并没有大的河流注入,或大的湖泊形成,降水量较少。
(2)早更新世—中更新世阶段(1.6~0.6 Ma)温暖湿润期,莱州湾南岸及其附近地区的植物群落开始由草原向森林草原过渡,急剧增加的淡水藻类,指示莱州湾南岸及其附近地区可能有大的河流注入,或形成较大规模的湖泊,降水量增加。
(3)中更新世—晚全新世阶段(0.6~0.004 Ma)寒冷偏干期,莱州湾南岸及其附近地区的植被类型已经成为森林草原植被。淡水藻类含量略有降低,指示研究区的河流注入量开始减少,湖泊面积也开始萎缩。同时,海相沟鞭藻和有孔虫内衬等海相化石出现在多个样品中,指示研究区在该阶段出现了较为明显的大规模海侵事件。
但是,由于本钻孔研究的孢粉样品数量较少,只参考古地磁地层学结果建立了年代框架,缺乏一些精准测年的数据,使得一些重大的气候事件在本研究中没有被揭示出来。今后要加大对钻孔进行高分辨率的孢粉分析,增加测年(特别是AMS 14C 测年)数据,结合周边古环境重建记录,揭示莱州湾南岸及其附近地区的古植被演替、古环境变迁及古海平面波动。
致谢: 感谢南宁师范大学省部级重点实验室创新基地大学生创新实践训练计划项目(S202310603131,S202310603061)对本研究的支持!审稿专家和编辑对本文的修改完善提出了很多宝贵的意见和建议,在此表示衷心感谢!
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图 2 HLL01孔的古地磁年代学框架(天然剩磁/NRM;据姜兴钰等,2016修改)
Figure 2. Magnetostratigraphic chronology of borehole HLL01 (NRM: Natural Remanent Magnetization; modified from Jiang Xingyu et al., 2016)
表 1 HLL01钻孔鉴定的孢粉类型及生态学划分
Table 1 Pollen type identified in the borehole HLL01 and ecological division
高山针叶林 云杉(Picea);铁杉(Tsuga);冷杉(Abies) 热带亚热带针叶林 松属(Pinus);柏科(Cupressaceae) 热带、亚热带
阔叶林常绿栎属(Quercus−evergreen);豆科(Leguminosae);桑科(Moraceae);木犀科(Oleaceae);枫香属(Liquidambar);大戟科(Euphorbiaceae);楝科(Meliaceae);无患子科(Sapindaceae);水青冈属(Fagus);柿树科(Ebenaceae);黄连木属(Pistacia);木兰科(Magnoliaceae);槭树科(Aceraceae);臭椿属(Ailanthus);冬青属(Ilex);山矾科(Symplocaceae);连翘属(Forsythia);大风子科(Flacourtiaceae);接骨木属(Sambucus);鼠李科(Rhamnaceae);马鞭草科(Verbenaceae) 温带阔叶林 桤木属(Alnus);桦木属(Betula);鹅耳枥属(Carpinus);榛属(Corylus);朴属(Celtis);落叶栎属(Quercus-deciduous);胡桃属(Juglans);胡颓子属(Elaeagnus);骆驼蓬属(Peganum);枫杨属(Pterocarya);榆属(Ulmus);柳属(Salix);蔷薇科(Rosaceae);椴树属(Tilia);忍冬科(Caprifoliaceae);麻黄属(Ephedra);丁香属(Syringa);柽柳属(Tamarix);白刺属(Nitraria);香椿属(Toona);绣线菊属(Spiraea);白蜡树属(Fraxinus);沙棘属(Hippophae);杜鹃花科(Ericaceae);盐肤木属(Rhus);霸王属(Zygophyiium);骆驼刺属(Alhagi);葡萄科(Vitaceae) 草本 禾本科(Poaceae);蒿属(Artemisia);藜科(Chenopodiaceae);天南星科(Araceae);莎草科(Cyperaceae);菊科(Compositae);香蒲属(Typha);蓼科(Polygonaceae);百合科(Liliaceae);唇形科(Lamiaceae);酸模属(Rumex);莎草科(Cyperaceae);茄科(Solanaceae);鸢尾科(Iridaceae);柳叶菜科(Onagraceae);毛茛科(Ranunculaceae);爵床科(Acanthaceae);石竹科(Caryophyllaceae);荨麻科(Urticaceae);茄科(Solanaceae);堇菜属(Violo);赪桐属(Clerodendrum);虎耳草属(Saxifraga);龙胆属(Gentiana);葎草属(Humulus);报春花属(Primula);茜草属(Rubia);玄参科(Scrophulariaceae);婆婆纳属(Veronica);耧斗菜属(Aquilegia);旋花属(Convolvulus);萎陵菜属(Fragaria);地榆属(Sanguisorba);金莲花属(Trollius);唐松草属(Thalictrum);菟丝子属(Cuscuta);车前属(Plantago);夏至草属(Lagopsis);伞形科(Umbelliferae);老鹳草属(Geranium);千屈菜科(Lythraceae);白花菜科(Capparidaceae);狐尾藻属(Myriophyllum);眼子菜属(Potamogeton);苦苣苔科(Gesneriaceae);黑三棱属(Sparganium);假婆婆纳属(Stimpsonia) 蕨类 水蕨属(Ceratopteris);水龙骨科(Polypodiaceae);凤尾蕨属(Pteris);石松属(Lycopodium);鳞盖蕨属(Microlepria);卷柏属(Selaginella);中华卷柏(Selaginella sinensis);膜蕨科(Hymenophyllaceae);蹄盖蕨科(Athyriaceae);铁线蕨 (Adiantum);单缝孢子(Monolete spores) 淡水藻类 盘星藻 (Pediastrum);双星藻(Zygnema);环纹藻(Concentricystis) -
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期刊类型引用(1)
1. 王继龙,林丰增,彭博,刘平,章诚诚,劳金秀,李月,于俊杰,武彬,陈静. 福建宁德地区第四纪年代地层时空特征及对海面变化的指示. 中国地质. 2024(04): 1342-1354 . 本站查看
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