现代底栖有孔虫群落与大陆坡深度环境条件之间的关联：从巴芬湾到拉布拉多海

《Marine Micropaleontology》：Linkages between modern benthic foraminiferal assemblages and environmental conditions at continental slope depths: From Baffin Bay to the Labrador Sea

　　北极巴芬湾及拉布拉多海贝底有孔虫群集与环境梯度关联研究，揭示水深、水温、盐度及海冰覆盖对钙质与凝集有孔虫分布的影响，发现深层巴芬湾以凝集有孔虫为主，浅层及拉布拉多海以钙质有孔虫为优势，并验证脂质生物标志物与碳酸盐溶解的关联性。

　　研究团队包括Joanna Davies、Anne Jennings、Alice Carter-Champion、William J. D'Andrea、Cara Fritz、Erin E. Gregory、David J. Harning、Robert Kelleher、Alan C. Mix、Katherine Stelling、Joseph S. Stoner、Maureen H. Walczak、Shannon Klotsko、Robert G. Hatfield和Brendan Reilly，他们来自拉蒙特-多尔蒂地球观测站（Lamont-Doherty Earth Observatory），隶属于哥伦比亚大学，位于美国纽约州的帕利萨德斯。该研究聚焦于格陵兰边缘区域，包括巴芬湾、戴维斯海峡和拉布拉多海的10个采样点，涵盖从浅水（<1000米）到深水（>1000米）的广泛水深范围，旨在探讨现代沉积物中底栖有孔虫群落和脂类生物标志物的分布特征，并将其与环境因素联系起来，以支持更准确的古环境重建。

这项研究发现，不同采样点的底栖有孔虫群落表现出显著差异，这些差异与环境梯度密切相关。具体而言，深水区的巴芬湾站点主要由黏土质有孔虫（agglutinated foraminifera）主导，而浅水区的巴芬湾站点以及戴维斯海峡的一个站点则以钙质有孔虫（calcareous foraminifera）为主。钙质有孔虫和黏土质有孔虫的相对丰度成为区分不同区域的关键指标。黏土质有孔虫通常在较温暖、盐度较高的环境中更为常见，而钙质有孔虫则更倾向于生长在较冷、盐度较低的底水环境中。这一发现表明，水体温度、盐度、海冰覆盖以及初级生产力等环境因素对有孔虫群落的分布具有重要影响。

在巴芬湾的深水区域，由于海冰形成季节性较强，底水温度较低，盐度也相对较低，这些条件导致钙质有孔虫的生存受到抑制，而黏土质有孔虫则因能够适应较低盐度和较冷的环境而更加普遍。例如，Cassidulina neoteretis和Cassidulina reniforme在几乎所有采样点中都较为丰富，这可能反映了这些物种对来自大西洋的寒冷水体的适应能力。在戴维斯海峡的东部地区，由于海冰在大部分时间里并不常见，因此底栖有孔虫群落主要由钙质有孔虫构成，如Nonionellina nextarica、Elphidium clavatum、Epistominella arctica和Melonis barleeanus。这些物种的高丰度表明，该区域的水体条件更为稳定，有利于钙质有孔虫的生长和繁殖。

相比之下，拉布拉多海的底栖有孔虫群落则呈现出不同的特征。该区域的底水温度较高，季节性海冰覆盖较少，因此钙质有孔虫的丰度相对较低，而Buccella frigida和Nonionella iridea成为主导物种。这些物种的分布可能与拉布拉多海特殊的水体循环模式和相对稳定的环境条件有关。此外，研究还指出，黏土质有孔虫在巴芬湾的深水区域占据主导地位，这可能与该地区底水的低温和低盐度环境密切相关。例如，Portatrochammina bipolaris、Hormosinelloides guttifera、Lagenammina difflugiformis和Recurvoides turbinatus等物种的高丰度表明，它们对寒冷和海冰影响的环境具有较强的适应能力。

通过将现代有孔虫群落数据与环境数据进行对比分析，研究团队发现，碳酸钙溶解是影响底栖有孔虫群落结构的重要因素之一。在巴芬湾的深水区域，由于底水温度较低且盐度较低，碳酸钙溶解作用较强，这可能导致钙质有孔虫的外壳在沉积过程中被破坏，从而使得黏土质有孔虫成为主要的保存物种。而在浅水区域和拉布拉多海，底水温度较高、盐度适中，碳酸钙溶解作用较弱，因此钙质有孔虫的丰度较高。这一发现对于理解古环境重建中的有孔虫群落变化具有重要意义，特别是在那些钙质有孔虫保存较差的区域。

研究还强调了多指标分析在古环境重建中的重要性。通过结合有孔虫群落数据与脂类生物标志物（如IP₂₅、HBI decoding和浮游植物甾醇）的分析，可以更全面地揭示海冰覆盖、初级生产力以及水体循环等环境因素的变化。例如，IP₂₅是一种常见的海冰生物标志物.Named marker，其浓度与海冰覆盖程度密切相关。HBI II（海冰生物标志物指数II）则用于评估海冰的季节性变化。浮游植物甾醇的浓度可以反映初级生产力的水平，从而帮助研究人员推断过去海洋生态系统的变化。这些指标的综合分析不仅提高了古环境重建的准确性，还为理解现代海洋环境的变化提供了重要的参考。

研究团队在BADEX（巴芬湾解冻实验）项目中，利用科考船Neil Armstrong在2023年7月至8月期间收集了多核沉积物样本。这些样本覆盖了从巴芬湾到戴维斯海峡和拉布拉多海的多个站点，水深范围从650米到1651米不等。通过对这些样本的详细分析，研究人员能够识别出不同水深区域的环境特征，并探讨这些特征如何影响有孔虫群落的组成。此外，研究还结合了CTD（温盐深）剖面数据和海冰浓度数据，以进一步验证环境变量与有孔虫分布之间的关系。

CTD数据揭示了不同站点的水体温度和盐度分布情况。在巴芬湾的表层水体中，北极水体普遍存在，这些水体通常具有较低的温度和较高的盐度。而在300至800米水深范围内，西格陵兰中间水（WGIW）占据主导地位，这是一种由西格陵兰洋流（WGC）携带的较温暖、较咸的水体。在水深超过1000米的区域，底水温度显著降低，接近0°C，盐度也相应下降，形成所谓的巴芬湾深层水（BBDW）。这些水体的温度和盐度特征对有孔虫群落的分布产生了重要影响，尤其是对钙质有孔虫的生存条件。

此外，研究团队还分析了不同采样点的脂类生物标志物浓度，以进一步了解海冰覆盖和初级生产力的变化。这些数据与有孔虫群落数据相结合，为研究人员提供了更丰富的环境信息。例如，在某些深水区域，IP₂₅的浓度较高，表明海冰覆盖较强，而HBI II的浓度则可以反映海冰的季节性变化。浮游植物甾醇的浓度则与初级生产力密切相关，较高的浓度可能意味着该区域的浮游植物生长较为旺盛，从而支持了更丰富的海洋生态系统。

通过对比不同采样点的环境数据和有孔虫群落组成，研究团队能够识别出多个关键的环境驱动因素。这些因素包括水体温度、盐度、海冰覆盖、初级生产力以及水体循环模式等。例如，在深水区域，由于海冰形成导致的碳酸钙溶解作用较强，钙质有孔虫的丰度较低，而黏土质有孔虫则更为常见。而在浅水区域和拉布拉多海，由于水体条件相对稳定，钙质有孔虫的丰度较高。这种分布模式不仅反映了现代海洋环境的特征，也为古环境重建提供了重要的依据。

该研究的结论对于理解北极地区的古环境变化具有重要意义。首先，研究指出，黏土质与钙质有孔虫的比例是区分不同区域有孔虫群落的重要特征。在深水区域，黏土质有孔虫的丰度显著高于钙质有孔虫，而在浅水区域和拉布拉多海则相反。这一发现表明，水体温度和盐度的变化对有孔虫群落的组成具有显著影响。其次，研究强调了多指标分析在古环境重建中的必要性。通过结合有孔虫群落数据与脂类生物标志物数据，研究人员能够更全面地揭示过去海洋环境的变化，尤其是在那些钙质有孔虫保存较差的区域。这种综合分析方法可以提高古环境重建的准确性，并减少由于单一指标可能带来的不确定性。

此外，研究还指出，不同水深区域的有孔虫群落变化可能与海洋环流模式的变化有关。例如，在巴芬湾的深水区域，由于来自大西洋的冷水体（如BBDW）的影响，有孔虫群落的组成与浅水区域有所不同。而在拉布拉多海，由于水体温度较高且季节性海冰覆盖较少，有孔虫群落的组成也与巴芬湾不同。这些差异可能反映了不同区域的海洋环流模式对有孔虫分布的影响，从而为理解过去海洋环境的变化提供了新的视角。

最后，研究团队还强调了现代沉积物研究的重要性。通过对现代沉积物中底栖有孔虫群落和脂类生物标志物的分析，研究人员能够建立一个可靠的现代环境基准，从而为古环境重建提供支持。特别是在那些钙质有孔虫保存较差的区域，现代沉积物的研究可以为古环境重建提供关键的替代指标。因此，这项研究不仅有助于理解北极地区的现代海洋环境，也为未来古环境研究提供了重要的数据基础和方法支持。