南沙群岛美济礁全新世珊瑚礁的发育过程及其生态意义

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探究全新世珊瑚礁的发育过程及其与气候环境的关系,对于理解现代珊瑚礁对全球变暖的响应具有重要科学意义。本文以南沙群岛美济礁钻井(MJK-1,顶部高程0.19 m,井深200.88 m)岩芯的全新世段为研究对象,通过对13个样品的U-Th测年和对20个样品的粒度、生物组分、有孔虫属种、矿物成分分析等,构建了美济礁全新世地层的年代框架和沉积相带变化序列,重建了美济礁全新世珊瑚礁的发育历史。在此基础之上,分析了美济礁全新世珊瑚礁发育演变的控制因素和生态意义。论文获得如下主要认识:(1)美济礁MJK-1全新世珊瑚礁的生长开始于5934±46 a BP(相对于公元1950年),生长点的现今水深为9.65 m;MJK-1顶部年代为1195±4a BP,高于现代海平面0.19 m;MJK-1全新世礁体厚度为9.84 m。MJK-1全新世珊瑚礁不整合于晚更新世时期形成的珊瑚礁体(U-Th年代>147 ka)之上。(2)深度-年代框架显示,MJK-1全新世珊瑚礁平均发育速率为2.07m/ka,呈阶段性变化。其中5934-4497 a BP,礁体发育速率波动较大,平均为2.23 m/ka;4497-3682 a BP,礁体发育速率最快,平均为5.60 m/ka;3682-1195 a BP,礁体发育速率降低,平均为0.82 m/ka。(3)对比邻近钻井的全新世珊瑚礁起始发育年代和高程,得出全新世珊瑚礁开始形成的时间取决于基底高程。如南沙群岛永暑礁南永1井(NY-1)的全新世起始年代(与高程,即现今水深)为7350 a BP(14C年代)(-17.3 m)、南永2井(NY-2)为8220 a BP(14C年代)(-13.7 m)、美济礁南科1井(NK-1)为8215 a BP(-14.8 m)、西沙群岛琛科2井(CK-2)为7846a BP(-13.8 m),结合MJK-1的5934 a BP(-9.65 m),本文推测南海全新世珊瑚礁的起始发育年代取决于其生长基底更新世珊瑚礁的顶面高程,更新世珊瑚礁的顶面地貌应为凹凸不平的地形结构。(4)基于岩芯观察和沉积物粒度、生物组分等分析,MJK-1岩芯全新世段可划分为礁坪相、潟湖坡相和潟湖点礁相。井深0 m~1.19 m,主要生物组分珊瑚、软体动物、珊瑚藻、仙掌藻和有孔虫的含量分别为41.61%、25.13%、21.95%、9.53%和1.22%,沉积物为分选较差的中砂(1.54Ф),属于礁坪相。井深1.19 m~6.69 m,珊瑚、软体动物、珊瑚藻、仙掌藻和有孔虫的含量分别为44.70%、20.12%、17.35%、11.64%和3.74%,有孔虫以指示礁坪-潟湖坡的茸刺距轮虫(Calcarina hispida)和新罗塔利亚轮虫(Neorotalia calca)为主,沉积物为中细砂,属于潟湖坡相。6.69 m~9.84 m,由珊瑚、仙掌藻、珊瑚藻、软体动物和有孔虫的含量分别为43.37%、22.28%、21.34%、9.52%和2.61%,沉积物为分选较差的中砂,该段仙掌藻含量高,为潟湖点礁相。全新世段岩芯的矿物成分以文石为主。(5)根据MJK-1全新世珊瑚礁发育速率的阶段性变化及其对应的沉积相,结合珊瑚礁发育与海平面之间的关系,推测5934-3682 a BP南沙群岛的相对海平面总体呈上升趋势,上升速率呈波动变化,但~1195 a BP之后海平面下降。5934-4497 a BP,MJK-1为潟湖点礁相,表明该时期海平面上升速率快,高于MJK-1的发育速率;4497-3682 a BP,MJK-1为潟湖坡相,表明此时海平面上升速率减慢,低于MJK-1的发育速率,美济礁表现出一定程度上的侧向发育;3682-1195 a BP,MJK-1为礁坪相,表明此时海平面基本稳定或极缓慢上升,珊瑚礁以侧向发育为主,垂向发育基本停止。MJK-1顶部高程(高于现今海平面0.19 m)和年代(1195±4 a BP),表明~1195 a BP至今海平面下降了至少0.19 m。(6)对比MJK-1全新世珊瑚礁的发育过程与同时期的气候环境要素特征,得出美济礁珊瑚礁发育主要受海平面和海水表层温度(SST)的控制,同时受厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、东亚冬季风强度、风暴等的影响。5934-5279 a BP,受海平面驱动,相对较低的SST、弱ENSO活动、冬季风增强利于南沙群岛珊瑚礁快速发育;5279-4497 a BP,高SST、强ENSO活动及冬季风减弱限制珊瑚礁发育,珊瑚礁发育缓慢;4497-3682 a BP,海平面上升减缓,相对低SST及弱ENSO活动促进珊瑚礁加速发育;3682~1195a BP,海平面稳定限制珊瑚礁发育空间,逐渐升高的SST及风暴频率增加约束了珊瑚礁发育速率,礁体发育缓慢。MJK-1全新世珊瑚礁快速发育期对应相对较低的SST,缓慢发育期则对应较高的SST。未来SST上升将给美济礁珊瑚带来压力,美济礁珊瑚缓慢发育。
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