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基于孢粉组合研究古气候变化特征
——以秦皇岛市为例

2016-02-05裘琳陈建强李岩峰

地球 2016年12期
关键词:孢粉木本植物禾本科

■裘琳陈建强李岩峰

(1安徽省地质测绘技术院 安徽 合肥230022;2中国地质大学(北京) 北京100083;3中国地震应急搜救中心 北京100049)

基于孢粉组合研究古气候变化特征
——以秦皇岛市为例

■裘琳1陈建强2李岩峰3

(1安徽省地质测绘技术院 安徽 合肥230022;2中国地质大学(北京) 北京100083;3中国地震应急搜救中心 北京100049)

第四纪地史中,冰川的消长与气候的变化会对植物界产生深刻的影响,因此可以利用研究孢粉的手段来恢复此前的古气候。本文通过对秦皇岛市控制性标准孔的孢粉组合分析,划分出三个孢粉带,六个孢粉亚带孢粉组合,其中孢粉带Ⅰ、Ⅱ了反映了更新世晚期的寒冷干燥的气候特点,孢粉带III反映了全新世中晚期的气候特点。同时通过与深海氧同位素及南极冰芯的对比研究,秦皇岛市植被类型与古气候受冰期-间冰期的影响显著。

孢粉组合秦皇岛市古气候晚更新世

1 引言

对新生代以来的地层,运用孢粉学手段可以再造各种不同地貌单元上的植物景观,恢复当时的古气候,从而推演古气候的变化规律。

本文基于河北省秦皇岛市城市活断层探测及地震危险性评价,在秦皇岛市北戴河地区选择钻孔位置施工,命名ZK01,通过对ZK01剖面的孢粉数据进行对比分析,不仅可以划分和对比地层,确定地层年代,而且还可以研究和恢复当地的古植被、古气候和古地理。

2 孢粉分析原理

孢粉是植物的繁殖细胞。孢粉对于分解作用和物理破坏具有较强的抵抗能力,所以一定区域内的孢粉组合是这个区域植被的总体反映。第四纪古气候与其它地质历史时期相比,以其显著变冷为特征,不仅反映为全球变冷,而且又有多次冷暖干湿的波动。随着第四纪气候的不断变化,导致植物区系的形成和发展,现代植被只是第四纪植被发展和演化的继续。植物群落的变化是气候冷暖干湿波动最灵敏的反映标志。一定的孢粉组合反映一定的植物群,而一定的植物群要求有一定的气候条件和生态环境,所以孢粉组合能够很好地反映古地理环境。在正确地建立孢粉组合序列的基础上,推断其植被发展历史和植被发展阶段,进而恢复古气候与环境。

3 孢粉组合花粉类型

秦皇岛标准孔位于秦皇岛市北戴河森林公园里。该钻孔共取样分析30件,样品的采样深度范围为2.2-31.5m。30件样品共鉴定得到花粉3498粒,平均每件样品含约116.6粒。孢粉类型涉及56个。孢粉组合中占优势的为草本植物花粉(百分含量约80.6%),排名其次的为木本植物花粉(百分含量约18.0%),含量约1.4%的为蕨类孢子,零星可见极少量的水生草本植物花粉。

3.1 木本植物花粉

木本植物中占优势为松(Pinus),少量含有桦木(Betula)、栎(Quercus)、榆(Ulmus)、铁杉(Tsuga)、栗(Castanea)、云杉(Picea)、柏科(Cupressaceae)等。

3.2 草本植物花粉

样品检测中的草本植物花粉含量丰富,主要有藜科(Chenopodiaceae 葎

)、 草(Humulus)、蒿(Artemisia)、禾本科(Gramineae)、毛茛科(Ranunculaceae)、蔷薇科(Rosaceae)、莎草科(Cyperaceae)等。

3.3 蕨类植物孢子

蕨类植物孢子含量较少,主要为铁线蕨(Adiantum)、真蕨纲(Filicale)及中华卷柏(Selaginella sinensis)等。

4 孢粉带

根据孢粉含量的变化特征,结合岩性特征、钻孔深度和光释光的年龄数据来综合分析,可将孢粉划分为三个带,6个亚带。

4.1 孢粉带Ⅰ

此带总体来说孢粉贫乏,浓度小于15粒/克。草本植物花粉含量较多,大于90%,木本植物花粉含量较少,小于15%。几乎不含有蕨类植物孢子。草本植物花粉的藜科、蒿及葎 草、禾本科含量较多,木本植物花粉中含量较多的为桦、松,还含有少量的栎、榆、绣线菊。蕨类植物的孢子中只含有少量的中华卷柏。根据各种类孢子花粉含量的变化,可以细分为两个亚带:亚带Ⅰa;亚带Ⅰb。

亚带Ⅰa:

此孢粉组合中,草本花粉占优势,为76.8293%至96%,以蒿和藜为主要成分,禾本科次之,同时还含有少量的毛茛科及葎 草;木本花粉含量为6.25%至23.1707%,以松为主要成分,同时含有极少量的栎;没有发现蕨类孢子花粉。

亚带Ⅰb:

此孢粉组合中,草本花粉含量为81.7073%至96%,以蒿和藜为主要成分,禾本科次之,最高含量达31.25%,同时还含有少量的毛茛科及 葎草;木本花粉以松为主要成分,同时含有一定数量的桦、榆、栎;孢子含量最高为2.43902%,主要为卷柏与中华卷柏,含量极少。

4.2 孢粉带Ⅱ

此带孢粉也较贫乏,浓度最大48粒/克。草本植物花粉含量大于85%,藜科约35%,蒿约25%。木本植物花粉含量小于15%,以松为主要成分。蕨类植物含有极少量的铁线蕨。根据各种类孢子花粉含量的变化,又可以细分为两个亚带:亚带Ⅱa;亚带Ⅱb

亚带Ⅱa

此孢粉组合中,草本花粉以蒿和藜为主要成分,其次为禾本科,含量达到82.2917%至90.5172%;木本花粉以松为主要成分,含量达到9.48276%至17.7083%,含有少量的榆、栎;孢子含量主要为真蕨纲,含量约为3.66972%

亚带Ⅱb

此孢粉组合中,草本花粉以蒿和藜为主要成分,其次为禾本科,,含量达到84.8485%至86.1386%,草本植物花粉的含量与亚带Ⅱa相比有少许减少,而木本花粉含量与亚带Ⅱa相比有少许增加,为11.8812%-15.1515%,木本植物中以松为主,含有少量的栎、榆;孢子主要为真蕨纲,含量最高约为1.9802%。

4.3 孢粉带Ⅲ

此孢粉带孢粉含量丰富,最高约为1747.5粒/克。孢粉组合中依然以草本植物花粉占绝对优势;木本植物花粉含量次之。蕨类植物孢子含量很少。草本植物中主要是蒿,其次为禾本科、藜科。木本植物中主要为松(Pinus),其次为栎(Quercus)、柳(Salix)和桦(Betula)。蕨类植物孢子含量较少,主要有中华卷柏和真蕨纲。可以细分为两个亚带:亚带Ⅲa;亚带Ⅲb

亚带Ⅲa

草本植物花粉为主,以蒿为主要成分,其次为藜和禾本科,含有少量的毛茛科、蔷薇科、葎 草及莎草科等;木本植物花粉以松为主要成分,含有少量的栎、榆、胡桃。蕨类孢子主要成分为真蕨纲。

亚带Ⅲb

此孢粉组合中,草本植物花粉为主,以蒿和藜为主要成分,其次为禾本科,含有少量的毛茛科、蔷薇科、葎 草及莎草科等。木本植物花粉以松为主要成分,含有少量的栎、榆、胡桃。蕨类孢子花粉含量约1.98675%至3.16901%,孢子花粉主要为中华卷柏、真蕨纲及铁线蕨。中华卷柏的出现可以反映出气候较干旱温和,指示间冰期的温暖偏干气候环境。

下图分别为孢粉(总花粉)图式。

总花粉图式(红色为测年数据)

5 孢粉组合带对应的地层划分

亚带Ⅰa: 蒿、藜科、禾本科、松、毛莨科、葎 草、狐尾藻,反映一种草原植被类型,反映一种寒冷偏湿的气候环境,地层划分为更新统上部。

亚带Ⅰb:蒿、藜科、禾本科、松,反映一种草原植被类型,反映一种寒冷干燥的气候环境,地层划分为更新统上部。

亚带Ⅱa: 蒿、藜科、禾本科、松、葎 草、香蒲,反映一种草原植被类型,反映一种寒冷偏湿的气候环境,地层划分为更新统上部。

亚带Ⅱb:蒿、藜科、禾本科、松,反映一种草原植被类型,反映一种寒冷干燥的气候环境,地层划分为更新统上部。

亚带Ⅲa:松、榆、蒿、藜科、禾本科、胡桃、绣线菊,反映一种森林草原植被类型,反映一种温凉偏干的气候环境,地层划分为全新统下部。

亚带Ⅲb:松、桦、栎、榆、蒿、藜科、中华卷柏,反映一种针阔叶混交疏林草原植被植被类型,反映一种温暖湿润的气候环境,地层划分为全新统中上部。

总的来说,孢粉带Ⅰ、Ⅱ,反映了反映了更新世晚期的寒冷干燥的气候特点,孢粉带III反映了全新世中晚期的气候特点。孢粉组合带的划分反演了秦皇岛市晚更新世以来的植被类型,孢粉组合Ⅰ、II反映了当时的一种草原植被景观,孢粉组合Ⅲ反映了当时的森林草原植被景观。

6 秦皇岛市孢粉组合与深海氧同位素及极地冰芯的对比

在末次冰期内部,秦皇岛控制性标准孔孢粉组合也表现出次一级的气候变化旋回。自上而下分对应氧同位素阶段2、3、4,对应气候是寒冷干燥,反映了草原植被景观,以草本植物占80%-90%,以蒿、藜科及禾本科居多;其次为草本植物花粉,约10%-20%,以松较多,还有很少量的榆、栎、桦、柳。最少的为蕨类植物花粉,约0-5%,虽然含量较少,但是也存在一些标志性的蕨类植物花粉,如中华卷柏及狐尾藻。氧同位素4对应本文孢粉组合带的Ⅰa;氧同位素3对应本文孢粉组合带Ⅰb;氧同位素2对应了本文孢粉组合带Ⅱ,此带与孢粉组合带Ⅰb相比,木本植物变少,草本植物变多,同时含有极少量的蕨类植物孢子。

格陵兰冰芯记录中,全新世是第四纪最近的一次冰川消融期,也称冰后期,对应了深海氧同位素1段,本文孢粉组合带Ⅲ对应了氧同位素阶段1,对应了全新世温暖的气候特点,与此相对的是孢粉组合带Ⅲ,此带组合中反映温暖气候的木本植物花粉含量增多,反映干燥寒冷的草本花粉含量减少,具有指示性德蕨类植物孢子含量相对变多如中华卷柏等。如下图。

通过与南极冰芯及深海氧同位素对比分析,秦皇岛市气候特点受冰期-间冰期影响较显著。深海氧同位素阶段1反映全新世间冰期气候特征,与本文的孢粉组合带Ⅲ对应。深海氧同位素阶段2反映更新世晚期冰期的冰阶气候特征,与本文孢粉组合带Ⅱ对应。深海氧同位素阶段3反映更新世晚期冰期的间冰阶气候特征,与本文孢粉组合带Ⅰb对应。深海氧同位素阶段4反映更新世晚期冰期的冰阶气候特征,与本文孢粉组合带Ⅰa对应。如下图。

秦皇岛孢粉气候带与古里雅冰芯记录的对比

项目来源:中国地震局、河北地震局重点项目《河北省城市地震活断层探测与地震危险性评价项目(秦皇岛市)》

[1]刘东生,施雅风,王汝建,等.以气候变化为标志的中国第四纪地层对比表.第四纪研究[J],2000,20(2):109~128.

[2]刘东生.中国第四纪研究的若干问题.第四纪研究[J],2001,21(4):377-378.

[3]童国榜,柯曼红,于淑凤.河北平原第四纪孢粉组合及其地质意义.海洋地质与第四纪地质[J],1983,3(4):91-103.

[4]王有清,姚檩栋.冰芯记录中末次间冰期-冰期旋回气候突变事件的研究进展.冰川冻土[J],2002,24(5):550-558.

[5]王艳.渤海湾曹妃甸晚更新世末期以来古植被与古气候演变序列.海洋地质与第四纪地质[J],2000,20(2):87-92.

[6]刘思峰,张祖陆,沈吉.莱州湾南岸滨海平原晚更新世以来古环境演变的孢粉记录.古地理学报[J],2004,6(1):78-84.

P4[文献码]B

1000-405X(2016)-12-431-2

裘琳(1984~),女,矿产地质工程师,硕士学位,现研究方向为地质勘查。

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