基于孢粉組合研究古氣候變化特征
——以秦皇島市為例

2016-02-05 01:39:37裘琳陳建強李巖峰

地球 2016年12期

■裘琳陳建強李巖峰

（1安徽省地質測繪技術院安徽合肥230022；2中國地質大學（北京）北京100083；3中國地震應急搜救中心北京100049）

■裘琳1陳建強2李巖峰3

（1安徽省地質測繪技術院安徽合肥230022；2中國地質大學（北京）北京100083；3中國地震應急搜救中心北京100049）

第四紀地史中，冰川的消長與氣候的變化會對植物界產生深刻的影響，因此可以利用研究孢粉的手段來恢復此前的古氣候。本文通過對秦皇島市控制性標準孔的孢粉組合分析，劃分出三個孢粉帶，六個孢粉亞帶孢粉組合，其中孢粉帶Ⅰ、Ⅱ了反映了更新世晚期的寒冷干燥的氣候特點，孢粉帶III反映了全新世中晚期的氣候特點。同時通過與深海氧同位素及南極冰芯的對比研究，秦皇島市植被類型與古氣候受冰期-間冰期的影響顯著。

孢粉組合秦皇島市古氣候晚更新世

1 引言

對新生代以來的地層，運用孢粉學手段可以再造各種不同地貌單元上的植物景觀，恢復當時的古氣候，從而推演古氣候的變化規律。

本文基于河北省秦皇島市城市活斷層探測及地震危險性評價，在秦皇島市北戴河地區選擇鉆孔位置施工，命名ZK01，通過對ZK01剖面的孢粉數據進行對比分析，不僅可以劃分和對比地層，確定地層年代，而且還可以研究和恢復當地的古植被、古氣候和古地理。

2 孢粉分析原理

孢粉是植物的繁殖細胞。孢粉對于分解作用和物理破壞具有較強的抵抗能力，所以一定區域內的孢粉組合是這個區域植被的總體反映。第四紀古氣候與其它地質歷史時期相比，以其顯著變冷為特征，不僅反映為全球變冷，而且又有多次冷暖干濕的波動。隨著第四紀氣候的不斷變化，導致植物區系的形成和發展，現代植被只是第四紀植被發展和演化的繼續。植物群落的變化是氣候冷暖干濕波動最靈敏的反映標志。一定的孢粉組合反映一定的植物群，而一定的植物群要求有一定的氣候條件和生態環境，所以孢粉組合能夠很好地反映古地理環境。在正確地建立孢粉組合序列的基礎上，推斷其植被發展歷史和植被發展階段，進而恢復古氣候與環境。

3 孢粉組合花粉類型

秦皇島標準孔位于秦皇島市北戴河森林公園里。該鉆孔共取樣分析30件，樣品的采樣深度范圍為2.2－31.5m。30件樣品共鑒定得到花粉3498粒，平均每件樣品含約116.6粒。孢粉類型涉及56個。孢粉組合中占優勢的為草本植物花粉（百分含量約80.6%），排名其次的為木本植物花粉（百分含量約18.0%），含量約1.4%的為蕨類孢子，零星可見極少量的水生草本植物花粉。

3.1 木本植物花粉

木本植物中占優勢為松（Pinus），少量含有樺木（Betula）、櫟(Quercus)、榆（Ulmus）、鐵杉（Tsuga）、栗(Castanea)、云杉（Picea）、柏科（Cupressaceae）等。

3.2 草本植物花粉

樣品檢測中的草本植物花粉含量豐富，主要有藜科（Chenopodiaceae 葎

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

3.3 蕨類植物孢子

蕨類植物孢子含量較少，主要為鐵線蕨(Adiantum)、真蕨綱(Filicale)及中華卷柏（Selaginella sinensis）等。

4 孢粉帶

根據孢粉含量的變化特征，結合巖性特征、鉆孔深度和光釋光的年齡數據來綜合分析，可將孢粉劃分為三個帶，6個亞帶。

4.1 孢粉帶Ⅰ

此帶總體來說孢粉貧乏，濃度小于15粒/克。草本植物花粉含量較多，大于90%，木本植物花粉含量較少，小于15%。幾乎不含有蕨類植物孢子。草本植物花粉的藜科、蒿及葎草、禾本科含量較多，木本植物花粉中含量較多的為樺、松，還含有少量的櫟、榆、繡線菊。蕨類植物的孢子中只含有少量的中華卷柏。根據各種類孢子花粉含量的變化，可以細分為兩個亞帶：亞帶Ⅰa；亞帶Ⅰb。

亞帶Ⅰa：

此孢粉組合中，草本花粉占優勢，為76.8293%至96%，以蒿和藜為主要成分，禾本科次之，同時還含有少量的毛茛科及葎草；木本花粉含量為6.25%至23.1707%，以松為主要成分，同時含有極少量的櫟；沒有發現蕨類孢子花粉。

亞帶Ⅰb：

此孢粉組合中，草本花粉含量為81.7073%至96%，以蒿和藜為主要成分，禾本科次之，最高含量達31.25%，同時還含有少量的毛茛科及葎草；木本花粉以松為主要成分，同時含有一定數量的樺、榆、櫟；孢子含量最高為2.43902%，主要為卷柏與中華卷柏，含量極少。

4.2 孢粉帶Ⅱ

此帶孢粉也較貧乏，濃度最大48粒/克。草本植物花粉含量大于85%，藜科約35%，蒿約25%。木本植物花粉含量小于15%，以松為主要成分。蕨類植物含有極少量的鐵線蕨。根據各種類孢子花粉含量的變化，又可以細分為兩個亞帶：亞帶Ⅱa；亞帶Ⅱb

亞帶Ⅱa

此孢粉組合中，草本花粉以蒿和藜為主要成分，其次為禾本科，含量達到82.2917%至90.5172%；木本花粉以松為主要成分，含量達到9.48276%至17.7083%，含有少量的榆、櫟；孢子含量主要為真蕨綱，含量約為3.66972%

亞帶Ⅱb

此孢粉組合中，草本花粉以蒿和藜為主要成分，其次為禾本科，，含量達到84.8485%至86.1386%，草本植物花粉的含量與亞帶Ⅱa相比有少許減少，而木本花粉含量與亞帶Ⅱa相比有少許增加，為11.8812%-15.1515%，木本植物中以松為主，含有少量的櫟、榆；孢子主要為真蕨綱，含量最高約為1.9802%。

4.3 孢粉帶Ⅲ

此孢粉帶孢粉含量豐富，最高約為1747.5粒/克。孢粉組合中依然以草本植物花粉占絕對優勢；木本植物花粉含量次之。蕨類植物孢子含量很少。草本植物中主要是蒿，其次為禾本科、藜科。木本植物中主要為松（Pinus），其次為櫟(Quercus)、柳(Salix)和樺(Betula)。蕨類植物孢子含量較少，主要有中華卷柏和真蕨綱。可以細分為兩個亞帶：亞帶Ⅲa；亞帶Ⅲb

亞帶Ⅲa

草本植物花粉為主,以蒿為主要成分，其次為藜和禾本科，含有少量的毛茛科、薔薇科、葎草及莎草科等；木本植物花粉以松為主要成分，含有少量的櫟、榆、胡桃。蕨類孢子主要成分為真蕨綱。

亞帶Ⅲb

此孢粉組合中，草本植物花粉為主,以蒿和藜為主要成分，其次為禾本科，含有少量的毛茛科、薔薇科、葎草及莎草科等。木本植物花粉以松為主要成分，含有少量的櫟、榆、胡桃。蕨類孢子花粉含量約1.98675%至3.16901%，孢子花粉主要為中華卷柏、真蕨綱及鐵線蕨。中華卷柏的出現可以反映出氣候較干旱溫和，指示間冰期的溫暖偏干氣候環境。

下圖分別為孢粉（總花粉）圖式。

總花粉圖式（紅色為測年數據）

5 孢粉組合帶對應的地層劃分

亞帶Ⅰa：蒿、藜科、禾本科、松、毛莨科、葎草、狐尾藻，反映一種草原植被類型，反映一種寒冷偏濕的氣候環境，地層劃分為更新統上部。

亞帶Ⅰb：蒿、藜科、禾本科、松，反映一種草原植被類型，反映一種寒冷干燥的氣候環境，地層劃分為更新統上部。

亞帶Ⅱa：蒿、藜科、禾本科、松、葎草、香蒲，反映一種草原植被類型，反映一種寒冷偏濕的氣候環境，地層劃分為更新統上部。

亞帶Ⅱb：蒿、藜科、禾本科、松，反映一種草原植被類型，反映一種寒冷干燥的氣候環境，地層劃分為更新統上部。

亞帶Ⅲa：松、榆、蒿、藜科、禾本科、胡桃、繡線菊，反映一種森林草原植被類型，反映一種溫涼偏干的氣候環境，地層劃分為全新統下部。

亞帶Ⅲb：松、樺、櫟、榆、蒿、藜科、中華卷柏，反映一種針闊葉混交疏林草原植被植被類型，反映一種溫暖濕潤的氣候環境，地層劃分為全新統中上部。

總的來說，孢粉帶Ⅰ、Ⅱ，反映了反映了更新世晚期的寒冷干燥的氣候特點，孢粉帶III反映了全新世中晚期的氣候特點。孢粉組合帶的劃分反演了秦皇島市晚更新世以來的植被類型，孢粉組合Ⅰ、II反映了當時的一種草原植被景觀，孢粉組合Ⅲ反映了當時的森林草原植被景觀。

6 秦皇島市孢粉組合與深海氧同位素及極地冰芯的對比

在末次冰期內部，秦皇島控制性標準孔孢粉組合也表現出次一級的氣候變化旋回。自上而下分對應氧同位素階段2、3、4，對應氣候是寒冷干燥，反映了草原植被景觀，以草本植物占80%-90%，以蒿、藜科及禾本科居多；其次為草本植物花粉，約10%-20%，以松較多，還有很少量的榆、櫟、樺、柳。最少的為蕨類植物花粉，約0-5%，雖然含量較少，但是也存在一些標志性的蕨類植物花粉，如中華卷柏及狐尾藻。氧同位素4對應本文孢粉組合帶的Ⅰa；氧同位素3對應本文孢粉組合帶Ⅰb；氧同位素2對應了本文孢粉組合帶Ⅱ，此帶與孢粉組合帶Ⅰb相比，木本植物變少，草本植物變多，同時含有極少量的蕨類植物孢子。

格陵蘭冰芯記錄中，全新世是第四紀最近的一次冰川消融期，也稱冰后期，對應了深海氧同位素1段，本文孢粉組合帶Ⅲ對應了氧同位素階段1，對應了全新世溫暖的氣候特點，與此相對的是孢粉組合帶Ⅲ，此帶組合中反映溫暖氣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減少，具有指示性德蕨類植物孢子含量相對變多如中華卷柏等。如下圖。

通過與南極冰芯及深海氧同位素對比分析，秦皇島市氣候特點受冰期-間冰期影響較顯著。深海氧同位素階段1反映全新世間冰期氣候特征，與本文的孢粉組合帶Ⅲ對應。深海氧同位素階段2反映更新世晚期冰期的冰階氣候特征，與本文孢粉組合帶Ⅱ對應。深海氧同位素階段3反映更新世晚期冰期的間冰階氣候特征，與本文孢粉組合帶Ⅰb對應。深海氧同位素階段4反映更新世晚期冰期的冰階氣候特征，與本文孢粉組合帶Ⅰa對應。如下圖。