南黃海早白堊世以來孢粉組合及古氣候演化

南黃海早白堊世以來孢粉組合及古氣候演化

南黃海是典型的半封閉陸地框架海平面。海底地形平坦,大部分陸架水深20~80m,平均水深45m。在末次冰期最盛期,整個黃海和東海大部分出露成陸。南黃海在冰后期經(jīng)歷過頻繁的氣候事件,因此,在淺海陸架區(qū)和近岸海積平原的地質(zhì)記錄中賦存了豐富的氣候變化信息,反映古氣候變化特征的諸多因素中,孢粉當屬靈敏而又可靠的標志。20世紀70年代以來,同濟大學、中國科學院、地質(zhì)礦產(chǎn)部及國家海洋局所屬研究所先后對南黃海表層、柱樣以及鉆孔沉積物中的孢粉化石進行了分析(圖1),探討了南黃海沉積孢粉組合與陸緣植被的關(guān)系,為海相氣候地層的劃分和對比提供了依據(jù)。但囿于當時的條件與技術(shù),實際的工作中存在著如下的問題:(1)取樣密度稀疏;(2)大部分柱樣缺少測年資料;(3)有測年的柱樣,采用的則是傳統(tǒng)的14C測年技術(shù),測試方法落后、測試精度不高;(4)孢粉分析前處理采用的是傳統(tǒng)的酸堿法與重液法,致使大量孢粉化石殘留。上述情況的出現(xiàn)極易造成氣候地層劃分過程中出現(xiàn)偏差。本文通過高密度取樣,采用新方法對孢粉樣品進行了實驗室處理,結(jié)合精確的AMS14C測年,探討了南黃海陸架區(qū)大西洋期以來的氣候環(huán)境演變。1中性品質(zhì)砂樣品的提取所分析的CJ08-185柱樣由國家海洋局第一海洋研究所于2006年在南黃海利用重力取樣器取得。其坐標為33°4.695′N、122°21.8′E,水深27m(如圖1),柱長158cm。現(xiàn)場進行了巖性描述:其中,0~42cm為黏土質(zhì)粉砂;44~87cm沉積物逐漸由黏土質(zhì)粉砂、粉砂過渡到砂質(zhì)粉砂;87cm以下為粉砂質(zhì)砂。分樣時采用2cm取樣間距,然后以6cm間隔取樣分析,共取得孢粉樣品27個。孢粉樣品處理在同濟大學孢粉分析實驗室內(nèi)進行。每個樣品用量約5g,先向其中加入石松孢粉藥片以便統(tǒng)計孢粉濃度,然后用鹽酸溶液去掉沉積物中的鈣質(zhì),再用氫氟酸除去硅質(zhì),經(jīng)過超聲波清洗儀分散后,最后用孔徑10μm的尼龍篩過濾,洗去雜質(zhì),以此得到干凈的孢子花粉。利用生物顯微鏡進行鑒定、統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)樣品中皆含較豐富的孢粉。為獲得該柱樣的年齡,挑選2個層位的無破損、無污染、新鮮的卷卷蟲混合種殼體送往北京大學考古文博學院加速器質(zhì)譜實驗室做AMS14C測年,然后經(jīng)過Calib5.0.1程序?qū)⒊Ｒ?guī)年齡校正為日歷年齡(表1)。2生態(tài)習性植被分區(qū)南黃海處于暖溫帶與亞熱帶的過渡地帶,冬季盛行偏北風,夏季盛行偏南風,春、秋為過渡季節(jié),具有明顯的季風氣候特點。南黃海特殊的地理位置,導致其沿岸生長的植被既有北方類型,亦有南方成分。據(jù)其地理分布大致可分為5個植被區(qū):(1)蘇北沿海鹽生草甸植被區(qū):組成有藜科的鹽蒿、堿蓬等,雖然面積不大,但因距離本區(qū)甚近,與研究區(qū)沉積的孢粉關(guān)系密切;(2)江淮丘陵落葉櫟類、苦櫧、馬尾松林植被區(qū):典型植被以殼斗科的落葉樹種為主,并含少量常綠闊葉樹的混交林,植被組成成分明顯反映亞熱帶與暖溫帶過渡性特征;(3)浙皖山區(qū)青岡櫟、苦櫧林植被區(qū):屬于中亞熱帶氣候,地帶性植被為常綠闊葉林,有時伴有喜溫的落葉樹種楓香;(4)膠東、蘇北丘陵赤松、麻櫟林植被區(qū):為暖溫帶落葉闊葉林,主要有赤松、麻櫟及榆、楓楊等;(5)平原地區(qū)栽培植物、水生植物區(qū):主要栽培作物有水稻、小麥以及油菜等。在河湖邊緣水生植被繁盛,主要有眼子菜、香蒲、蓮、慈菇等(圖1)。由于植物花粉個體小、質(zhì)量輕、產(chǎn)量大等特點,它易于通過風揚起而傳播,被水流攜帶搬運,被昆蟲采集帶走。上述各種植物的花粉均有可能以不同途徑與不同數(shù)量傳播至本區(qū)域。3關(guān)于0種花粉根據(jù)所見孢粉成分變化特征,并結(jié)合AMS14C測年數(shù)據(jù),本柱樣從下至上可劃分出3個孢粉組合帶(圖2):1帶(158~92cm):以Quercus(evergreen)-Quercus(deciduous)-Pinus-Artemisia-Polypodiaceae-Pyrrophyta為主孢粉帶本帶木本植物花粉數(shù)量占首位,為總數(shù)的48%~58.4%,蕨類孢子其次,為28.4%~42.9%,草本植物花粉較少,為6.5%~13.9%。木本植物花粉中,數(shù)量較多的是常綠櫟類、落葉櫟類、松屬,還見一些杉科、栗屬、榆屬、樸屬、楓楊屬、楓香屬、木犀屬等花粉;草本植物花粉總量較少,其中數(shù)量稍多的有蒿屬、禾本科等,另見少量莎草科、十字花科、藜科、香蒲屬花粉;蕨類孢子中,數(shù)量最多的是水龍骨科,還有相當數(shù)量的苔蘚孢子,并見少量蕨屬、鳳尾蕨屬、紫萁屬、里白屬、槐葉萍屬孢子。藻類中甲藻數(shù)量較多,偶見環(huán)紋藻、雙星藻。在118cm處AMS14C測年為6498aBP。2帶(92~44cm):以Quercus(deciduous)-Pinus-Quercus(evergreen)-Artemisia-Polypodiaceae-Pyrrophyta為主孢粉帶本組合中還是木本植物花粉數(shù)量居多,為總數(shù)的40.1%~59.6%,蕨類孢子其次,為34.5%~48.2%,草本植物花粉為8.3%~17.5%。木本植物花粉中數(shù)量較多的是落葉櫟類、松屬、常綠櫟類,還見一些杉科、栗屬、榆屬、榿木屬、樸屬、楓香屬、木犀屬、木蘭屬花粉,偶見大戟屬、胡頹子屬花粉;草本植物花粉中數(shù)量稍多的有蒿屬、藜科、莎草科,還見少量香蒲屬、十字花科、毛茛科花粉;蕨類孢子中,水龍骨科數(shù)量最多,還見相當數(shù)量的蕨屬、鳳尾蕨屬、苔蘚孢子,并見少量紫萁屬、里白屬、槐葉萍屬等孢子。藻類中剌甲藻、多剌甲藻有一定數(shù)量,偶見環(huán)紋藻、雙星藻。3帶(44~1cm):以Pinus-Quercus(deciduous)-Quercus(evergreen)-Atemisia-Chenopodiaceae-Polypodiaceae-Broyophyta為主孢粉帶本組合中木本植物花粉和蕨類孢子藻類數(shù)量相近,分別為39.8%~54.4%和35.4%~52%,草本植物花粉數(shù)量較少,為6.0%~13.6%。木本植物花粉中,數(shù)量最多的是松屬,其次是落葉櫟類、常綠櫟類、還有一定量的杉科花粉,并見少量鐵杉屬、栲屬、木蘭屬、木犀屬花粉,偶見柳屬、榆屬、榿木屬、鵝耳櫪屬、楓楊屬、槭屬等花粉;草本植物花粉中,數(shù)量稍多的是蒿屬、藜科,還見一些禾本科、香蒲屬、十字花科、百合科、菊科等花粉;蕨類孢子中,水龍骨科數(shù)量較多,還見相當數(shù)量的蕨屬、鳳尾蕨屬、苔蘚孢子,另有少量槐葉萍屬、紫萁屬、石松屬、海金砂屬等孢子,藻類中見有一定數(shù)量甲藻,偶見環(huán)紋藻、雙星藻。在42cm處AMS14C測年為2453aBP。4南科氏山南海外陸緣植被的恢復一定的孢粉組合有其相應(yīng)的植物群,植物群的變化可以反映古氣候環(huán)境的演變。要研究南黃海陸緣區(qū)域性植被與古氣候變化,則應(yīng)選擇一個能穩(wěn)定接收區(qū)域性花粉沉積的地方。CJ08-185柱樣位于淺海區(qū),結(jié)合本柱的AMS14C測年資料和布列特-色爾南德爾氣候地層分期可知,該柱樣為全新世大西洋期以來的沉積。此時陸架淺海已形成,黃河(約8500a)已向北注入渤海,雖在1128—1855年間從蘇北短暫入海,但總體來說,其沉積環(huán)境較為穩(wěn)定,為區(qū)域性花粉沉積提供了理想的場所。前人曾對南黃海近岸淺海區(qū)表層沉積物和陸架鉆孔進行了一系列的孢粉學研究,認為黃海淺海陸架區(qū)的孢粉組合基本能夠反映其沿岸植被的情況。相應(yīng)地,取自于南黃海淺海陸架區(qū)的CJ08-185柱樣,可以作為研究南黃海陸架區(qū)古環(huán)境演化的良好材料;其中沉積的孢粉記錄,是重建其陸緣區(qū)的古植被面貌主要手段。根據(jù)以上所劃分的3個孢粉組合帶,可以恢復南黃海陸緣地區(qū)3個古植被、古環(huán)境演替階段:第1階段:以常綠櫟類、落葉櫟類、松為主的常綠闊葉、落葉闊葉、針葉混交林該組合中出現(xiàn)常綠闊葉的青岡櫟、栲、冬青、楊梅、木犀等花粉,麻櫟、槲櫟、榆、椴、栗、樸、楓楊、楓香等落葉樹花粉;還有常綠的松花粉。反映當時陸緣植被中主要建群種有青岡櫟、麻櫟、槲櫟、榆、栗、松,并雜有楓香、楓楊、楊梅、栲、椴、冬青、鐵杉等,林下生長有百合科,并且還出現(xiàn)水龍骨、鳳尾蕨等蕨類植物,在陰暗潮濕的地方生長著苔蘚。林中出現(xiàn)少量亞熱帶成分,如青岡櫟、栲、楓香等,查閱現(xiàn)代植被資料,當時南黃海南部陸緣生長著類似于目前蘇南一帶的植被。根據(jù)圖2孢粉濃度曲線推測分析,此時森林茂密,花粉產(chǎn)量高,并且這一時期屬于全新世的大西洋期,其溫暖濕潤的氣候非常適宜植被的生長。在海濱地帶,還生長著以蒿、藜為主的喜鹽草本植被帶。此外,該時期還位于全新世最高海平面階段,海生藻類勃發(fā),譬如海生的甲藻類。第2階段:以闊葉樹為主的針、闊葉混交林-草原與前一階段相比,常綠闊葉樹花粉大為減少;落葉闊葉樹花粉在這一階段早期增加,達到峰值后,含量逐漸減少;松屬花粉持續(xù)增加,并在末期成為最主要成分。草本花粉和孢子各有增加,植被發(fā)展進入新的階段。此時陸緣植被中的常綠闊葉樹逐漸退出本區(qū)而南移,在本階段末期僅在陽坡低谷處尚有少量殘存,針葉樹的松成為喬木層最主要成分,落葉闊葉櫟類迅速成為森林的主要建群種。林間尚雜生榆、椴、栗、木犀、樺以及楓楊等,林下的草本植物又出現(xiàn)水龍骨科、蕨屬、百合科等,苔蘚依然在陰暗潮濕的地方生長著。該階段屬于亞北方期,氣候溫暖略干。海平面開始回落,海濱平原擴大,以蒿、藜科為主的海濱草本植被有所發(fā)展。由于氣候轉(zhuǎn)干,造成這一階段植被覆蓋面較前一階段有所減少。第3階段:含常綠闊葉樹的針、闊葉混交林-草原該組合中明顯的特征是松屬花粉明顯增多,水龍骨科、蕨屬以及鳳尾蕨屬孢子在這一時期也達到最大值。造成這一現(xiàn)象主要系人類活動影響較大所致。由于人類開荒面積不斷地擴大,較高海拔闊葉林植被遭受破壞,形成以生命力強的次生松為主的植被。同時闊葉植被被破壞后,有利于蕨類孢子的傳播,這也是孢子含量增加的主要原因。沿著海岸線的狹長地帶,仍生長著以蒿、藜、莎草科為主植被。本階段進入亞大西洋期,氣候溫和濕潤。5付款時(1)ceoa-pyrropynta和2帶1帶以Quercus(evergreen)-Quercus(deciduous)-Pinus–Artemisia-Polypodiaceae-Pyrrophyta為主;2帶以Quercus(deciduous)-Pinus-Quercus(evergreen)-Artemisia-Polypodiaceae-Pyrrophyta為主;3帶以Pinus-Quercus(decid