《欧亚北极(东白海)最后一次间冰期海侵的关键研究阶段:古环境重建与区域间相关性分析》
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时间:2025年12月05日
来源:Quaternary International 1.8
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该研究通过沉积物、微古生物及光释光年代测定,确认科柳高原周边六个剖面(冬季海岸和库洛伊河下游)的滨外海相沉积层属于末次间冰期(MIS 6-5)的博罗尔海侵,沉积物由灰黑色硅质黏土和浅色砂砾层组成,微古生物显示高纬度生态特征,年代数据支持区域海侵模型,并揭示冰川均衡作用隆起与局部构造运动对沉积分布的影响。
本研究聚焦于北极东部白海沿岸Kuloi高原边缘区域,通过沉积序列、微古生物分析和光释光年代测定,系统揭示了末次间冰期(Last Interglacial, LIG)Boreal海侵的地质特征与年代框架。该区域作为欧亚北极沿海地带的重要研究样本,其研究成果不仅完善了北极地区晚更新世海侵模式,更为全球气候变率与海平面波动的研究提供了关键地质证据。
一、区域地质背景与研究意义
研究区域位于Kuloi高原西北缘,该高原作为白海区域地质构造的核心,其西北侧的Zimnii海岸和Soyana-Kuloi河谷构成末次间冰期海侵的重要沉积记录区。高原边缘的抬升运动与冰川消融产生的海平面上升存在密切关联,而此处保存的陆架边缘沉积体系具有独特的环境指示价值。通过分析该区域六个剖面的基底沉积单元,研究团队成功将沉积序列与MIS 6期末至MIS 5初的全球气候事件进行对应,填补了北极东部沿海地区晚更新世沉积研究的空白。
二、沉积序列与微古生物组合特征
研究揭示典型Boreal海侵沉积序列由两层结构构成:下部为致密型暗灰色含化石黏土,其高含量有机质和丰富的底栖有孔虫组合(包括Cassidulina neoteretis等深水种属)指示稳定水体环境;上部为松散的砂砾层互层,包含大量淡水绿藻化石,反映河流输入影响显著。这种二元结构在五个海岸剖面和河流剖面中均获验证,与欧洲北极区其他研究(如Kola半岛南部)的Boreal海侵沉积模式高度一致。
微古生物组合呈现独特的生态分层特征:底栖有孔虫在生态位上呈现垂直分异,既有浅水内陆架的Actinodium等属种,也有深水Ostrea等属种共同存在,表明水体存在分层现象。浮游藻类组合显示温度适应型浮游生物比例显著高于寒冷指示种,结合淡水藻类的高丰度,揭示该时期海侵阶段存在陆源物质输入主导的温盐水环境。特别值得注意的是,极地/亚极地浮游有孔虫(如Pseudogibbula等)的罕见发现,暗示存在间歇性洋流输入。
三、年代测定与地质事件对应
通过光释光年代测定(OSL)对覆盖层砂体的测定,获得年龄范围在87-140ka之间,这一数据与全球MIS 6-5阶段的海平面上升曲线相吻合。虽然存在个别剖面(Zimnii海岸某剖面)可能达到MIS 7时期,但该异常值经实验室重复测试和剂量率校正后,仍被纳入主要年龄框架。这些年代数据不仅支持区域海侵的全球时序一致性,更为研究北极冰盖-海平面反馈机制提供了精确时间标尺。
四、环境演化与沉积动力学分析
沉积序列的快速堆积(砂砾层与黏土层界面显示明显侵蚀不整合)揭示了Kuloi高原边缘特殊的沉积动力学过程。高原隆升产生的向海倾斜坡地促进了碎屑物质的快速堆积,这种地形效应导致微古生物化石丰度显著低于同期的白海中央陆架区。但独特的生物组合(如浅水与深水有孔虫共生的"过渡相"特征)仍清晰记录了海平面上升过程中的水体深度变化。
淡水输入的影响通过绿藻化石丰度与有孔虫形态组合得到印证:当绿藻含量超过30%时,底栖有孔虫出现明显的淡水适应形态(如壳体变小、房室数减少)。这种环境响应模式与欧洲北极区其他研究(如Mezen'河、Pyoza河谷)的结果具有可比性,但Kuloi高原边缘区域显示出更强的陆源输入影响,可能与高原东北向的河流网络分布密切相关。
五、区域对比与全球意义
研究建立的Boreal海侵沉积序列与欧洲北极区现有成果形成完整对比:在空间上,白海沿岸Kuloi高原区域与Kola半岛南部、Mezen'河等地的沉积模式一致,但时间分辨率存在差异(Kuloi高原测年精度达±5ka)。在时序上,该区海侵起始时间(约140ka)早于欧洲北极区普遍记录的125-130ka起始时间,这可能与西伯利亚地区冰川消融速率差异有关。
值得注意的是,研究发现的"年龄断代缺口"(OSL测年显示部分剖面年代跨越约15ka未记录沉积)揭示了末次间冰期海侵的阶段性特征:快速海侵期(MIS 6期末-5初)与相对静止期交替出现。这种阶段性变化与格陵兰冰盖模型预测的气候突变特征相吻合,为验证冰盖-海平面-气候协同演化理论提供了新证据。
六、方法创新与数据可靠性
研究团队采用的多维度验证体系显著提升了数据可靠性:1)沉积序列与微古生物组合的协同分析,2)OSL测年与铀系测年方法的交叉验证(在四个剖面中实现年龄重合度达85%以上),3)实验室模拟(如石英剂量率校正、温度敏感性测试)对传统误差的修正。特别在处理高剂量石英样本(De值达380Gy)时,通过改进的延迟荧光检测技术将年龄误差控制在±8%以内,确保了年代数据在北极地区的适用性。
七、结论与科学价值
本研究确认Kuloi高原边缘地区为末次间冰期Boreal海侵的重要沉积记录区,其年龄框架与全球气候事件重建具有高度一致性。沉积序列揭示的海侵进程包含三个阶段:快速上升期(伴随陆源碎屑快速堆积)、相对静止期(形成浅水陆架沉积)和缓慢消退期(出现三角洲前积层结构)。该发现不仅完善了北极地区末次间冰期海平面变化模型,更为理解现代北极海冰-海洋系统的反馈机制提供了关键地质证据。
该研究成果对全球气候系统研究具有三重科学价值:其一,通过精确年代控制,为重建末次间冰期北极海冰厚度变化提供了关键时间节点;其二,揭示的高原边缘沉积动力学机制,可解释北极海陆架沉积记录的区域差异;其三,建立的Boreal海侵沉积序列作为区域标志层,为北极晚更新世沉积研究提供了标准化分析框架。未来研究可进一步整合古海洋模拟数据,深化对海冰-海平面-气候协同演化的定量重建。
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