南黄海早白垩世以来孢粉组合及古气候演化

南黄海早白垩世以来孢粉组合及古气候演化

南黄海是典型的半封闭陆地框架海平面。海底地形平坦,大部分陆架水深20~80m,平均水深45m。在末次冰期最盛期,整个黄海和东海大部分出露成陆。南黄海在冰后期经历过频繁的气候事件,因此,在浅海陆架区和近岸海积平原的地质记录中赋存了丰富的气候变化信息,反映古气候变化特征的诸多因素中,孢粉当属灵敏而又可靠的标志。20世纪70年代以来,同济大学、中国科学院、地质矿产部及国家海洋局所属研究所先后对南黄海表层、柱样以及钻孔沉积物中的孢粉化石进行了分析(图1),探讨了南黄海沉积孢粉组合与陆缘植被的关系,为海相气候地层的划分和对比提供了依据。但囿于当时的条件与技术,实际的工作中存在着如下的问题:(1)取样密度稀疏;(2)大部分柱样缺少测年资料;(3)有测年的柱样,采用的则是传统的14C测年技术,测试方法落后、测试精度不高;(4)孢粉分析前处理采用的是传统的酸碱法与重液法,致使大量孢粉化石残留。上述情况的出现极易造成气候地层划分过程中出现偏差。本文通过高密度取样,采用新方法对孢粉样品进行了实验室处理,结合精确的AMS14C测年,探讨了南黄海陆架区大西洋期以来的气候环境演变。1中性品质砂样品的提取所分析的CJ08-185柱样由国家海洋局第一海洋研究所于2006年在南黄海利用重力取样器取得。其坐标为33°4.695′N、122°21.8′E,水深27m(如图1),柱长158cm。现场进行了岩性描述:其中,0~42cm为黏土质粉砂;44~87cm沉积物逐渐由黏土质粉砂、粉砂过渡到砂质粉砂;87cm以下为粉砂质砂。分样时采用2cm取样间距,然后以6cm间隔取样分析,共取得孢粉样品27个。孢粉样品处理在同济大学孢粉分析实验室内进行。每个样品用量约5g,先向其中加入石松孢粉药片以便统计孢粉浓度,然后用盐酸溶液去掉沉积物中的钙质,再用氢氟酸除去硅质,经过超声波清洗仪分散后,最后用孔径10μm的尼龙筛过滤,洗去杂质,以此得到干净的孢子花粉。利用生物显微镜进行鉴定、统计,发现样品中皆含较丰富的孢粉。为获得该柱样的年龄,挑选2个层位的无破损、无污染、新鲜的卷卷虫混合种壳体送往北京大学考古文博学院加速器质谱实验室做AMS14C测年,然后经过Calib5.0.1程序将常规年龄校正为日历年龄(表1)。2生态习性植被分区南黄海处于暖温带与亚热带的过渡地带,冬季盛行偏北风,夏季盛行偏南风,春、秋为过渡季节,具有明显的季风气候特点。南黄海特殊的地理位置,导致其沿岸生长的植被既有北方类型,亦有南方成分。据其地理分布大致可分为5个植被区:(1)苏北沿海盐生草甸植被区:组成有藜科的盐蒿、碱蓬等,虽然面积不大,但因距离本区甚近,与研究区沉积的孢粉关系密切;(2)江淮丘陵落叶栎类、苦槠、马尾松林植被区:典型植被以壳斗科的落叶树种为主,并含少量常绿阔叶树的混交林,植被组成成分明显反映亚热带与暖温带过渡性特征;(3)浙皖山区青冈栎、苦槠林植被区:属于中亚热带气候,地带性植被为常绿阔叶林,有时伴有喜温的落叶树种枫香;(4)胶东、苏北丘陵赤松、麻栎林植被区:为暖温带落叶阔叶林,主要有赤松、麻栎及榆、枫杨等;(5)平原地区栽培植物、水生植物区:主要栽培作物有水稻、小麦以及油菜等。在河湖边缘水生植被繁盛,主要有眼子菜、香蒲、莲、慈菇等(图1)。由于植物花粉个体小、质量轻、产量大等特点,它易于通过风扬起而传播,被水流携带搬运,被昆虫采集带走。上述各种植物的花粉均有可能以不同途径与不同数量传播至本区域。3关于0种花粉根据所见孢粉成分变化特征,并结合AMS14C测年数据,本柱样从下至上可划分出3个孢粉组合带(图2):1带(158~92cm):以Quercus(evergreen)-Quercus(deciduous)-Pinus-Artemisia-Polypodiaceae-Pyrrophyta为主孢粉带本带木本植物花粉数量占首位,为总数的48%~58.4%,蕨类孢子其次,为28.4%~42.9%,草本植物花粉较少,为6.5%~13.9%。木本植物花粉中,数量较多的是常绿栎类、落叶栎类、松属,还见一些杉科、栗属、榆属、朴属、枫杨属、枫香属、木犀属等花粉;草本植物花粉总量较少,其中数量稍多的有蒿属、禾本科等,另见少量莎草科、十字花科、藜科、香蒲属花粉;蕨类孢子中,数量最多的是水龙骨科,还有相当数量的苔藓孢子,并见少量蕨属、凤尾蕨属、紫萁属、里白属、槐叶萍属孢子。藻类中甲藻数量较多,偶见环纹藻、双星藻。在118cm处AMS14C测年为6498aBP。2带(92~44cm):以Quercus(deciduous)-Pinus-Quercus(evergreen)-Artemisia-Polypodiaceae-Pyrrophyta为主孢粉带本组合中还是木本植物花粉数量居多,为总数的40.1%~59.6%,蕨类孢子其次,为34.5%~48.2%,草本植物花粉为8.3%~17.5%。木本植物花粉中数量较多的是落叶栎类、松属、常绿栎类,还见一些杉科、栗属、榆属、桤木属、朴属、枫香属、木犀属、木兰属花粉,偶见大戟属、胡颓子属花粉;草本植物花粉中数量稍多的有蒿属、藜科、莎草科,还见少量香蒲属、十字花科、毛茛科花粉;蕨类孢子中,水龙骨科数量最多,还见相当数量的蕨属、凤尾蕨属、苔藓孢子,并见少量紫萁属、里白属、槐叶萍属等孢子。藻类中剌甲藻、多剌甲藻有一定数量,偶见环纹藻、双星藻。3带(44~1cm):以Pinus-Quercus(deciduous)-Quercus(evergreen)-Atemisia-Chenopodiaceae-Polypodiaceae-Broyophyta为主孢粉带本组合中木本植物花粉和蕨类孢子藻类数量相近,分别为39.8%~54.4%和35.4%~52%,草本植物花粉数量较少,为6.0%~13.6%。木本植物花粉中,数量最多的是松属,其次是落叶栎类、常绿栎类、还有一定量的杉科花粉,并见少量铁杉属、栲属、木兰属、木犀属花粉,偶见柳属、榆属、桤木属、鹅耳枥属、枫杨属、槭属等花粉;草本植物花粉中,数量稍多的是蒿属、藜科,还见一些禾本科、香蒲属、十字花科、百合科、菊科等花粉;蕨类孢子中,水龙骨科数量较多,还见相当数量的蕨属、凤尾蕨属、苔藓孢子,另有少量槐叶萍属、紫萁属、石松属、海金砂属等孢子,藻类中见有一定数量甲藻,偶见环纹藻、双星藻。在42cm处AMS14C测年为2453aBP。4南科氏山南海外陆缘植被的恢复一定的孢粉组合有其相应的植物群,植物群的变化可以反映古气候环境的演变。要研究南黄海陆缘区域性植被与古气候变化,则应选择一个能稳定接收区域性花粉沉积的地方。CJ08-185柱样位于浅海区,结合本柱的AMS14C测年资料和布列特-色尔南德尔气候地层分期可知,该柱样为全新世大西洋期以来的沉积。此时陆架浅海已形成,黄河(约8500a)已向北注入渤海,虽在1128—1855年间从苏北短暂入海,但总体来说,其沉积环境较为稳定,为区域性花粉沉积提供了理想的场所。前人曾对南黄海近岸浅海区表层沉积物和陆架钻孔进行了一系列的孢粉学研究,认为黄海浅海陆架区的孢粉组合基本能够反映其沿岸植被的情况。相应地,取自于南黄海浅海陆架区的CJ08-185柱样,可以作为研究南黄海陆架区古环境演化的良好材料;其中沉积的孢粉记录,是重建其陆缘区的古植被面貌主要手段。根据以上所划分的3个孢粉组合带,可以恢复南黄海陆缘地区3个古植被、古环境演替阶段:第1阶段:以常绿栎类、落叶栎类、松为主的常绿阔叶、落叶阔叶、针叶混交林该组合中出现常绿阔叶的青冈栎、栲、冬青、杨梅、木犀等花粉,麻栎、槲栎、榆、椴、栗、朴、枫杨、枫香等落叶树花粉;还有常绿的松花粉。反映当时陆缘植被中主要建群种有青冈栎、麻栎、槲栎、榆、栗、松,并杂有枫香、枫杨、杨梅、栲、椴、冬青、铁杉等,林下生长有百合科,并且还出现水龙骨、凤尾蕨等蕨类植物,在阴暗潮湿的地方生长着苔藓。林中出现少量亚热带成分,如青冈栎、栲、枫香等,查阅现代植被资料,当时南黄海南部陆缘生长着类似于目前苏南一带的植被。根据图2孢粉浓度曲线推测分析,此时森林茂密,花粉产量高,并且这一时期属于全新世的大西洋期,其温暖湿润的气候非常适宜植被的生长。在海滨地带,还生长着以蒿、藜为主的喜盐草本植被带。此外,该时期还位于全新世最高海平面阶段,海生藻类勃发,譬如海生的甲藻类。第2阶段:以阔叶树为主的针、阔叶混交林-草原与前一阶段相比,常绿阔叶树花粉大为减少;落叶阔叶树花粉在这一阶段早期增加,达到峰值后,含量逐渐减少;松属花粉持续增加,并在末期成为最主要成分。草本花粉和孢子各有增加,植被发展进入新的阶段。此时陆缘植被中的常绿阔叶树逐渐退出本区而南移,在本阶段末期仅在阳坡低谷处尚有少量残存,针叶树的松成为乔木层最主要成分,落叶阔叶栎类迅速成为森林的主要建群种。林间尚杂生榆、椴、栗、木犀、桦以及枫杨等,林下的草本植物又出现水龙骨科、蕨属、百合科等,苔藓依然在阴暗潮湿的地方生长着。该阶段属于亚北方期,气候温暖略干。海平面开始回落,海滨平原扩大,以蒿、藜科为主的海滨草本植被有所发展。由于气候转干,造成这一阶段植被覆盖面较前一阶段有所减少。第3阶段:含常绿阔叶树的针、阔叶混交林-草原该组合中明显的特征是松属花粉明显增多,水龙骨科、蕨属以及凤尾蕨属孢子在这一时期也达到最大值。造成这一现象主要系人类活动影响较大所致。由于人类开荒面积不断地扩大,较高海拔阔叶林植被遭受破坏,形成以生命力强的次生松为主的植被。同时阔叶植被被破坏后,有利于蕨类孢子的传播,这也是孢子含量增加的主要原因。沿着海岸线的狭长地带,仍生长着以蒿、藜、莎草科为主植被。本阶段进入亚大西洋期,气候温和湿润。5付款时(1)ceoa-pyrropynta和2带1带以Quercus(evergreen)-Quercus(deciduous)-Pinus–Artemisia-Polypodiaceae-Pyrrophyta为主;2带以Quercus(deciduous)-Pinus-Quercus(evergreen)-Artemisia-Polypodiaceae-Pyrrophyta为主;3带以Pinus-Quercus(decid