黃河口外泥質(zhì)區(qū)全新世古植被與古環(huán)境演化

黃河口外泥質(zhì)區(qū)全新世古植被與古環(huán)境演化

1黃河口外泥質(zhì)區(qū)沉積特征渤海是一個(gè)半封閉的內(nèi)陸海，只有渤海公路與海面相連。由于深入大陸,水文要素受陸地地形、氣候及徑流的影響很大,使該海區(qū)水動(dòng)力格局多變,加之河流入海攜帶物質(zhì)粗細(xì)差異懸殊和海底地形的影響,海區(qū)沉積物呈斑狀分布,其中黃河口外、渤海中部等處為大片泥質(zhì)沉積區(qū)。黃河口外泥質(zhì)區(qū)的沉積物主要由來(lái)自黃河的細(xì)顆粒物質(zhì)組成,其沉積層序連續(xù)性好,沉積速率高,記錄了古氣候變化、海平面波動(dòng)、黃河變遷和黃河三角洲的演化等多方面信息。對(duì)該區(qū)沉積物進(jìn)行研究對(duì)于我們了解渤海地區(qū)全新世高分辨率古氣候、古環(huán)境演化具有重要的意義,但是由于缺少高質(zhì)量沉積巖心,冰后期海侵以來(lái)具有精確年代標(biāo)定的高分辨率的古環(huán)境記錄在渤海地區(qū)鮮有報(bào)道。孢粉研究是揭示地質(zhì)歷史時(shí)期陸地植被對(duì)氣候變化的有力證據(jù),海洋沉積物中的孢粉由于來(lái)自于陸地,它的記錄更是大陸與大洋氣候演變信息直接對(duì)比的資料。因此,本文擬通過對(duì)黃河口外泥質(zhì)區(qū)獲取的BH-264孔的孢粉進(jìn)行分析,在對(duì)渤海周邊地區(qū)全新世植被進(jìn)行恢復(fù)的基礎(chǔ)上,對(duì)該區(qū)古環(huán)境演化特征及其可能影響因素進(jìn)行探討。2ams14c年代測(cè)試BH-264孔(38.15°N,119.32°E,水深20.1m)于2007年由國(guó)家海洋局第一海洋研究所取自黃河口外泥質(zhì)區(qū),柱長(zhǎng)295cm。巖性特征是292-264cm(距今9.5~8.8ka)沉積物為砂質(zhì)粉砂,264-219cm(距今8.8~7.6ka)沉積物為粉砂,219-116cm(距今7.6~5.0ka)砂質(zhì)粉砂和粉砂交替出現(xiàn),116cm至表層(距今5.0ka以后)沉積物為粉砂。在對(duì)沉積物進(jìn)行系統(tǒng)觀察和描敘并完成古地磁分析的基礎(chǔ)上,在主要沉積界線沉積物中選取底棲有孔蟲混合種完整殼體在美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所AMS年代測(cè)試中心進(jìn)行AMS14C年代測(cè)試(表1),送測(cè)的年代數(shù)據(jù)均屬正常事件序列,沒有發(fā)現(xiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。將原始數(shù)據(jù)利用CALIB5.0.2程序校準(zhǔn)到日歷年齡,該海區(qū)35a的大氣和海水之間14C年代差將由該程序自動(dòng)減去,從而建立起該孔的年代模式。對(duì)年代控制點(diǎn)內(nèi)的年代序列采用線性內(nèi)插法,控制點(diǎn)以外的采用線性外推法。通過校正,BH-264孔最底部記錄的沉積年代為距今9.5ka。用于孢粉分析的樣品按10cm間隔采取,共獲樣品30個(gè)。孢粉分析流程依據(jù)Moore等的方法稍微作了改動(dòng)。取5cm3樣品烘干、稱重,加入1粒外來(lái)石松孢子藥片;加入15%鹽酸除去樣品中的鈣質(zhì),加入40%氫氟酸除去樣品中的硅質(zhì);再將樣品放在超聲波發(fā)生器中振蕩,用孔徑10μm尼龍篩過濾,將處理干凈的樣品制成薄片,在顯微鏡下鑒定。鑒定孢粉時(shí)主要參考《中國(guó)植物花粉形態(tài)》和《中國(guó)蕨類植物孢子形態(tài)》。3孢粉組合帶類型BH-264孔中孢粉含量豐富,每份樣品統(tǒng)計(jì)的孢粉數(shù)目從298粒到500粒不等,共鑒定74類不同孢粉類型,其中木本植物花粉以松屬(Pinus)和落葉櫟屬(Deciduousquercus)為主,草本植物花粉以藜科(Chenopodiaceae)、菊屬(Dendranthema)、蒿屬(Artemisia)為多,另外還見少量杉科(Taxodiaceae)、柏科(Cupressaceae)、樺木屬(Betula)、槭樹科(Acer)、胡桃屬(Juglans)、楓楊屬(Pterocarya)、榆科(Ulmus)、栗屬(Castanea)、無(wú)患子科(Sapindaceae)、?？?Moraceae)、金樓梅科(Hamamelidaceae)、爵床科(Acanthaceae)、麻黃科(Ephedraceae)、茜草科(Rubiaceae)、唐松草屬(Thalictrum)、旋花科(Convolvulaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、唇形科(Labiatae)、玄參科(Scrophulariaceae)、傘形科(Apiaceae)、禾本科(Poaceae)、莎草科(Cyperaceae)、香蒲科(Typhaceae)等類型花粉和一些孢子。依據(jù)主要孢粉類型變化特征并結(jié)合年代地層,從下到上可將孢粉譜劃分為5個(gè)孢粉組合帶(圖2)?，F(xiàn)將各孢粉組合帶特征簡(jiǎn)述如下。P5帶的深度為286~219cm,距今9.5~7.6ka。見少量羅漢松科和北方針葉喬木云杉屬和冷杉屬花粉。松屬(31.8%~45.5%)、落葉櫟屬(平均值為19.2%)花粉含量高,樺木屬、榿木屬、胡桃科、榆科、柳屬、桑科、山茶科、楝科等花粉亦頻繁出現(xiàn);草本植物花粉莎草科含量豐富(5.8%~11.4%),菊屬、蒿屬和藜科含量較低,均不超過10%;孢粉含量(1700~2700粒/克)和淡水水生植物香蒲科花粉含量(6%~16.8%)為整個(gè)巖心最高值。P4帶的深度219~149cm,距今7.6~5.8ka。松屬花粉百分含量(55.6%~68.5%)明顯上升,落葉櫟屬(平均值為11.7%)、樺木屬、胡桃科、山茶科等花粉含量不同程度下降;草本植物花粉與P5帶相比有所降低,其中莎草科花粉含量降至1.8%~5.3%,菊屬、蒿屬和藜科均不足6%。此帶中孢粉濃度和淡水水生植物香蒲科花粉含量亦明顯降低,并且自此以后,孢粉濃度和香蒲科花粉含量雖時(shí)有波動(dòng),但總體變化并不明顯,其值一直比P5帶的要低。P3帶的深度為149~85cm,距今5.8~3.7ka。松屬花粉含量(40.2%~47.9%)急劇降低,落葉櫟屬花粉含量略有上升(平均值為13.7%),樺木屬變化不明顯,其他常綠闊葉和落葉闊葉喬木花粉零星出現(xiàn);草本植物花粉中藜科(9.6%~15.2%)增加最明顯,莎草科(2.8%~8.5%)、蒿屬(平均值為9.2%)和菊屬亦有不同程度的增加。P2帶的深度為85~14cm,距今3.7~0.6ka。松屬(34.5%~37.7%)、落葉櫟屬(平均值為7.3%)花粉含量降低,栗屬出現(xiàn)頻率增加;草本植物藜科(13.5%~18.7%)、蒿屬(平均值為9.9%)、菊屬花粉與P3帶相比均有所增加。P1帶的深度為14cm至表層,距今0.6ka至現(xiàn)今。松屬、落葉櫟屬等花粉含量均明顯降低,草本植物花粉在此階段達(dá)到全剖面最高峰,以蒿屬為主(可達(dá)25.3%),其次是藜科(可達(dá)19.4%)、菊屬等。4討論4.1陸緣植物花粉海洋沉積物中的孢粉都是由陸地經(jīng)過各種途徑傳播而來(lái)的,了解花粉母體植物的生態(tài)及花粉源區(qū)對(duì)解釋花粉譜有重要意義。BH-264孔表層沉積物中木本植物花粉含量較低,以松、櫟、樺、胡桃、楓楊、榆、桑等為主。渤?，F(xiàn)代表層沉積物孢粉分布特征顯示松屬和闊葉樹花粉的分布格局比較類似,在萊州灣東部和渤海灣兩者含量較高,在萊州灣西部至黃河口外泥質(zhì)區(qū)兩者含量偏低。王開發(fā)等認(rèn)為渤海海區(qū)表層孢粉組合和陸緣植被間關(guān)系密切。在渤海東北陸緣的遼東半島植被為赤松、麻櫟林,在翼遼山地丘陵為油松、遼東櫟和槲樹林區(qū),所以在萊州灣東部和渤海灣松屬和闊葉樹花粉含量豐富,渤海的西南陸緣為黃河平原栽培區(qū),多為灌木和草本植物,導(dǎo)致萊州灣西部和黃河口外泥質(zhì)區(qū)松屬和闊葉樹花粉含量較少。據(jù)此推測(cè),BH-264孔木本植物花粉可能主要來(lái)自渤海的西南陸緣。BH-264孔表層沉積物中出現(xiàn)大量草本植物花粉,主要有藜、蒿、莎草和禾本等。首先,草本植物植株矮小,花粉大多不易遠(yuǎn)距離傳播,在渤海西部的廣大華北平原上,從35ue580N左右一直延伸至海濱,為海濱鹽生草本植物,植被以藜、蒿為主,其他草本植物以禾本科和莎草科為多,木本植物只有檉柳、杞柳、旱柳、紫穗槐、單葉蔓劑、白刺等少數(shù)幾種。其次,渤?，F(xiàn)代表層沉積物孢粉分布特征亦顯示藜科和蒿屬均呈現(xiàn)出由渤海邊緣向中央逐漸減少的分布格局。因此,我們推測(cè)BH-264孔中的草本植物花粉可能主要來(lái)自渤海西部沿岸。4.2早重新世—全新世氣候、環(huán)境變化在BH-264孔的木本植物花粉記錄中松屬和落葉櫟屬占有重要的地位(見圖2),孫湘君認(rèn)為在7月均溫為20~30℃,年均降水量為400~1000mm的環(huán)境下,松屬花粉含量對(duì)溫度反應(yīng)敏感,即花粉含量受溫度控制,隨著溫度的升高其含量增加?，F(xiàn)代觀測(cè)資料顯示渤海地區(qū)7月均溫為21~27℃,年降雨量為500~900mm,所以渤海地區(qū)松屬樹種的興衰可能與溫度關(guān)系比較密切。下文中將以松屬、落葉櫟屬結(jié)合其他常綠闊葉和落葉闊葉木本植被的興衰來(lái)反演渤海地區(qū)9.5ka來(lái)溫度的波動(dòng)。在BH-264孔中還出現(xiàn)了大量草本植物花粉,其中尤以旱生草本植物藜科、蒿屬和菊屬最重要,此類植被的多寡很大程度受有效濕度變化的影響,所以我們將以草本植物含量的變化來(lái)反映有效濕度的變化。此外,海洋沉積物中的孢粉主要通過風(fēng)和地表徑流由陸地傳播而來(lái),沉積物中不同類型孢粉含量的高低還與它們的傳播能力有關(guān),全新世期間海平面的波動(dòng)、黃河三角洲的發(fā)育導(dǎo)致取樣點(diǎn)離岸距離的改變亦會(huì)影響B(tài)H-264孔中孢粉含量的變化,下文中對(duì)孢粉資料進(jìn)行分析時(shí)亦會(huì)考慮這方面的影響。參考孢粉濃度的變化將有助于理解研究區(qū)植被、氣候的演化。孢粉濃度是單位體積沉積物中含有的孢粉數(shù)量,常見影響孢粉濃度的因素包括周圍植被的濃密程度、運(yùn)送孢粉的營(yíng)力大小、沉積盆地的堆積速率及沉積環(huán)境的差異性等。BH-264孔中僅在早全新世(距今9.5~7.6ka)時(shí)孢粉濃度異常偏高,在中全新世—晚全新世孢粉濃度一直在低值徘徊。Liu等認(rèn)為我國(guó)邊緣海冰后期海侵分階段進(jìn)行,長(zhǎng)期的緩慢(2~8mm/a)海侵過程中穿插著幾個(gè)快速(約80mm/a)的海侵事件,在距今11.6ka時(shí)海平面從-58m快速升至-43m,導(dǎo)致北黃海短時(shí)間內(nèi)被海水覆蓋,并且海水開始進(jìn)入渤海,在隨后的1.8ka間海平面幾乎沒有變化(從-42m升至-38m),在距今9.8ka時(shí)海平面又開始快速上升,800a內(nèi)由-36m上升至-16m(平均約25mm/a),之后海平面又開始緩慢上升。BH-264孔水深20.1m,依據(jù)海平面變化曲線推測(cè),在距今9.5ka時(shí)海侵尚未到達(dá)該孔,在早全新世快速海侵結(jié)束時(shí),該孔水深可能不足5m。因此,我們推測(cè)早全新世BH-264孔離岸距離可能較近,較短的離岸距離或許是導(dǎo)致該孔在早全新世高孢粉濃度的一個(gè)重要原因。對(duì)BH-264孔孢粉譜進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),早全新世孢粉組合中松屬、落葉櫟屬含量豐富,其他的常綠闊葉和落葉闊葉樹種如樺木屬、榿木屬、胡桃科、榆科、?？?、山茶科等亦頻繁出現(xiàn);草本植物以莎草科為主,并且出現(xiàn)了大量水生植物香蒲,旱生草本藜科、蒿屬和菊屬含量極低。大量松屬和常綠闊葉、落葉闊葉樹種的出現(xiàn)暗示此時(shí)渤海地區(qū)氣候溫暖,在渤海周圍的山地、丘陵和平原地區(qū)植被以松屬和落葉櫟屬為主,并伴生著樺木屬、榆科、?？频瘸＞G闊葉和落葉闊葉樹種。在早全新世BH-264孔旱生草本植物的低含量可能暗示此時(shí)渤海地區(qū)降雨量比較豐富,而大量水生植物香蒲的出現(xiàn)則可能與此時(shí)的低海平面有關(guān)。對(duì)孢粉飄移距離的研究顯示,水生植物孢粉不利于遠(yuǎn)距離傳播,僅降落于生長(zhǎng)處。早全新世當(dāng)海平面相對(duì)較低時(shí),渤海部分出露成陸,取樣點(diǎn)離岸距離縮短,此時(shí)豐富的降雨量導(dǎo)致在出露的陸地上出現(xiàn)大量沼澤濕地,上面生長(zhǎng)著香蒲和莎草等植被,從而使大量香蒲科被傳播到研究點(diǎn)沉積。在距今7.6~5.8ka間,BH-264孔中除了松屬花粉含量明顯增加外,其他類型花粉含量均呈下降趨勢(shì),如闊葉樹種落葉櫟屬、草本植物莎草科、水生植物香蒲科含量均明顯減小,藜科、蒿屬和菊屬花粉含量更是降為9.5ka以來(lái)的最低值。在距今7.6~5.8ka松屬花粉含量的顯著增加在一定程度上可能暗示著此時(shí)氣候變得更加溫暖。此外,在距今8.0~7.0ka又有一次快速的海平面上升事件,在距今7.0ka時(shí)海平面可能比現(xiàn)今還要高2~3m,使此時(shí)岸線向西推進(jìn)200km。BH-264孔中距今7.6~5.8ka孢粉組合的變化可能還與此時(shí)海平面的上升、研究點(diǎn)離岸距離的增大有關(guān)。王開發(fā)等認(rèn)為不同類型孢粉傳播的距離存在明顯差別,松樹的花粉由于比重較輕,而且具有兩個(gè)氣囊,傳播距離最遠(yuǎn),闊葉樹花粉次之,草本花粉傳播距離最短。在距今7.6~5.8ka當(dāng)海平面達(dá)全新世最高時(shí),研究點(diǎn)離岸距離亦在全新世達(dá)最大,導(dǎo)致適于長(zhǎng)距離搬運(yùn)的松屬花粉含量增加,闊葉樹花粉含量相對(duì)降低,草本植物花粉含量更是降為全新世期間的最低值。在距今7.6ka以后孢粉濃度明顯降低亦可能與此時(shí)海平面的上升、取樣點(diǎn)離岸距離的增大有關(guān)。在距今5.8ka以后BH-264孔中草本植物花粉含量顯著增加,并以旱生草本藜科、蒿屬和菊屬為主,與此相對(duì)應(yīng),松屬花粉含量逐步降低,落葉櫟屬花粉含量在距今5.8~3.7ka相對(duì)上一階段雖有所升高,但變化幅度并不太明顯,在距今3.7ka以后落葉櫟屬含量達(dá)整個(gè)巖心的最低值。在距今5.8ka以后孢粉的這一變化特征可能是由中全新世—晚全新世太陽(yáng)輻射量逐步減少、東亞夏季風(fēng)逐漸減弱、溫度和降雨量逐步降低所引起的渤海及沿岸地區(qū)屬于暖溫帶季風(fēng)氣候,冬季寒冷而干燥,夏季高溫而多雨,年降雨量大部分集中在夏季。文中將BH-264孔中旱生草本植物藜科花粉百分含量與董哥洞石筍δ18O記錄進(jìn)行對(duì)比(圖3),結(jié)果顯示9.5ka以來(lái)BH-264孔旱生草本植物花粉百分含量變化特征與董哥洞石筍δ18O曲線間存在著很好的對(duì)應(yīng)性,特別自中全新世—晚全新世以來(lái),董哥洞石筍記錄顯示中全新世—晚全新世夏季風(fēng)強(qiáng)度存在幾次突然減弱期,第1次季風(fēng)突然減弱期開始于距今(5650±70)a,此時(shí)在非洲地區(qū)有效濕度突然降低,濕潤(rùn)期結(jié)束;第2次季風(fēng)強(qiáng)度突然減弱期發(fā)生于距今(3550±59)a,此時(shí)在北大西洋Cariaco盆地鈦含量突然減小,ITCZ南移。在誤差允許范圍內(nèi),我們發(fā)現(xiàn)董哥洞石筍所記錄的中全新世—晚全新世夏季風(fēng)強(qiáng)度的兩次突然減弱期正好對(duì)應(yīng)著BH-264孔旱生草本植物含量的兩次突然增加期,這也進(jìn)一步印證了距今5.8ka以后BH-264孔旱生草本植物花粉含量的增加與此時(shí)渤海地區(qū)夏季風(fēng)的減弱、降雨量的減少密切相關(guān)。上文已介紹了海洋沉積物中草本植物含量的高低受離岸距離遠(yuǎn)近的影響很大。自距今5.8ka以來(lái)海平面變化幅度不大,據(jù)此來(lái)看,在距今5.8ka之后BH-264孔離岸距離應(yīng)該比較遠(yuǎn),