南極普里茲灣海域表層沉積物孢粉分布特征及其來源分析

陳金霞 陳志華 石學(xué)法 徐進(jìn)

0 引言

南極地區(qū)由于其獨(dú)特的地理位置、環(huán)境和氣候，成為全球變化的敏感區(qū)域，是研究全球變化的重要地區(qū)。孢粉分析通過獨(dú)特的視角對地質(zhì)歷史上物種的散播、植物群落和生物群系的起源、發(fā)展和進(jìn)化以及植被對氣候的響應(yīng)等生態(tài)過程進(jìn)行了描述，是研究全球變化的有利手段。然而，只有精確定義孢粉源區(qū)、確切了解孢粉的傳播動力和途徑才能正確解釋地層中的孢粉組合。但是，研究發(fā)現(xiàn)不同形態(tài)和密度的花粉在海洋沉積物中有著不同的分布格局［1］，南極海域沉積物中更是存在較多再沉積孢粉［2］，使得該區(qū)花粉分布的控制因素變得更為復(fù)雜。因此，我們選取了中國第24次南極科學(xué)考察時在普里茲灣所獲取表層樣中的9個站位進(jìn)行孢粉分析，以期探索南極普里茲灣海區(qū)花粉來源、分布格局和傳播特點(diǎn)。

1 材料和方法

本文選擇中國第24次南極科學(xué)考察時在普里茲灣所獲取的表層沉積物中的9個樣品進(jìn)行孢粉分析（取樣位置見圖1），海底表層沉積樣品由箱式取樣器采集，刮取最表層（～1 cm）的沉積物用作花粉分析。本次研究所分析樣品取樣水深為402—850 m，沉積物按粒度類型來看，主要為含礫粉砂，其次為粉砂質(zhì)黏土、含粉砂黏土和含砂粉砂；按成因來看，為混合副冰磧物。

樣品分析處理按常規(guī)孢粉萃取程序操作。取適量沉積物（由于樣品量有限，所分析樣品最多不超過10 g），烘干、稱重；加入15%鹽酸除去樣品中的鈣質(zhì)，再加入40%氫氟酸除去樣品中的硅質(zhì)；將樣品放在超聲波發(fā)生器中振蕩，用孔徑10μm尼龍篩過濾，將處理干凈的樣品制成薄片。每個站位樣品制片4塊于鏡下鑒定統(tǒng)計(jì)。孢粉鑒定時主要參考了《中國孢粉化石》［2-3］和南極地區(qū)孢粉相關(guān)資料［3-11］。

圖1 普里茲灣分析樣品站位圖（修改自文獻(xiàn)［12］）Fig.1.Locations of sampling in Prydz Bay（modified from reference［12］）

2 孢粉分布特征

普里茲灣海域表層沉積物中，雖見有大量耐酸蝕微植物有機(jī)質(zhì)顆粒，特別是分類歸屬不明的孢囊，在 IS-2、P4-13、P4-12、P4-11和 P3-14等幾份樣品中大量出現(xiàn)，但是每份樣品中孢粉含量均不高。雖然每個樣品幾乎都看完底樣，但仍不足統(tǒng)計(jì)數(shù)量。該區(qū)樣品中的孢粉顆粒由現(xiàn)代沉積孢粉和再沉積孢粉共同組成，現(xiàn)對這兩類孢粉的分布特征進(jìn)行分別描述。

現(xiàn)代沉積孢粉 鏡下的鑒定特征標(biāo)志為淺色、無明顯壓扁現(xiàn)象，成分可與現(xiàn)代沉積孢粉屬種對比。在本文所分析的每份樣品中均可見，數(shù)量均極少。孢粉類型除了草本植物禾本科（Gramineae）、藜科（Chenopodiaceae）、菊屬（Asteraceae）、蒿屬（Artemisia）外，還有一些松科（Pinaceae）、金合歡屬（Acacia）、桑寄生科（Loranthaceae）花粉和蕨類孢子（圖2）。無明顯分布規(guī)律。

再沉積孢粉 鏡下的鑒定特征標(biāo)志為深褐色至棕黑色，孢粉體極度壓扁，呈扁平或片狀，外壁殘破保存不全，或外壁紋飾不清［12］。在本文所分析的全部站位中均可見，數(shù)量比現(xiàn)代沉積孢粉多。孢粉類型以木本植物花粉為主，蕨類孢子次之，草本植物花粉含量最少（詳見表1）。木本植物花粉中主要的優(yōu)勢種屬為雙束松粉屬（Pinuspollenites Raatz，1937）、雪松粉屬（Cedripites Wodehouse，1933）、羅漢松粉屬（Podocarpidites Cookson，1947 ex Couper，1953 emend.Potonie，1958），此外，還有少量云杉粉屬（Piceapollis Krutzsch，1971）、鐵杉粉屬（Tsugaepollenites Potonie et Venitz，1934 ex Potonie，1958）、南洋杉粉屬（Araucariacites Cookson，1947）、山毛櫸粉屬（Faguspollenites Raatz，1937）、胡桃粉屬（Juglanspollenites Raatz，1939）和麻黃粉屬（Ephedripites Bolchovitina，1953 ex Potonie，1958 emend. Krutzsch，1961）等；藜粉屬是草本植物花粉的主要種屬；水龍骨單縫孢屬（Polypodiaceaesporites Thiergart，1938 ex Potonie，1956）在蕨類孢子中含量相對較多（圖3）。

再沉積孢粉的分布情況是：

（1）樣品P4-11中再沉積花粉粒數(shù)最多，樣品N08-2、IS-5、P4-13、P4-12中粒數(shù)次之，粒數(shù)最少的為樣品 IS-9、IS-2、P3-14和 N08-4。

（2）從組分上看，樣品 IS-2、IS-5、IS-9和 P3-14中木本植物花粉比較缺乏；樣品N08-2、P4-13、P4-12、P4-11和N08-4中木本植物花粉相對較豐富，并且在這5份樣品中，再沉積蕨類孢子含量呈現(xiàn)近岸含量低，隨著離岸距離增加，含量先逐漸增加，之后又逐漸降低的基本態(tài)勢；再沉積松類花粉呈現(xiàn)近岸含量較低，遠(yuǎn)岸含量較高的特點(diǎn)。

表1 樣品中的再沉積孢粉種類及數(shù)量Table 1.Results of the redeposit sporopollen analysis of the sedimentary samples

圖2 現(xiàn)代沉積孢粉說明.所有標(biāo)本和照片均保存在海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，所有標(biāo)本均放大1 000倍.（a）Pinus（松屬），登記號：P4-12-1；（b）Podocarpus（羅漢松屬），登記號：P4-12-1；（c）—（d）Chenopodiaceae（藜科），登記號：N08-2-1；（e）Asteraceae（菊科），登記號：N08-2-1；（f）Artemisia（蒿屬），登記號：N08-2-1Fig.2.Illustration ofmodern pollen.All specimens illustrated here are preserved at the Laboratory of Marine Sedimentology and Environmental Geology，F(xiàn)irst Institute of Oceanography，State Oceanic Administration.All figures of spores and pollen are at a magnifyication of1 000 X

3 討論

3.1 現(xiàn)代沉積孢粉來源

南極大陸寒冷干燥，95%以上的面積被平均厚度約為2 350 m的冰雪所覆蓋，只有在南極大陸邊緣區(qū)域有季節(jié)性的巖石出露。南極惡劣的自然環(huán)境決定了南極植被的組成比較簡單，南極大陸上的植被主要為地衣和苔蘚，維管植物只有南極發(fā)草（Deschampsia antarctica）和南極漆姑草 （Colobanthus quitensis）兩種［13］。

圖3 再沉積孢粉說明.所有標(biāo)本和照片均保存在海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，所有標(biāo)本均放大1 000倍.（a）Tsugaepollenites Potonie et Venitz，1934 ex Potonie，1958（鐵杉粉屬），登記號：P4-11-2；（b）—（d）Pinuspollenites Raatz，1937（雙束松粉屬），登記號：P4-11；（e）Minutosaccus M?dler，1964（小囊粉屬，中生代），登記號：P4-12-1；（f）Siberiapollis mirus Song sp.nov.（奇特西伯利亞粉），登記號：P4-12-1；（g）Faguspollenites Raatz，1937（山毛櫸粉屬），登記號：P4-12-1；（h）Chenopodipollis Krutzsch，1966（藜粉屬），登記號：N08-2-1；（i）Ephedripites Bolchovitina，1953 ex Potonie，1958 emend.Krutzsch，1961（麻黃粉屬），登記號：P4-11-2；（j）Polypodisceaesporites Thiergart，1938 ex Potonie，1956（水龍骨單縫孢屬），登記號：P4-11-1；（k）Concavisporites Pflug，1953 emend.Delcourt et Sprumont，1955（凹邊孢屬），登記號：P4-12-2；（l）Ischyomonoletes Liet Song，1985（坑穴單縫孢屬），登記號：P4-11-3Fig.3.Illustration of redeposit sporopollen.All specimens illustrated here are preserved at the Laboratory of Marine Sedimentology and Environmental Geology，F(xiàn)irst Institute of Oceanography，State Oceanic Administration.All figures of spores and pollen are ata magnifyication of 1 000 X

但是，本次調(diào)查研究中，我們卻從取自普里茲灣的表層沉積物中發(fā)現(xiàn)了一些草本植物、蕨類植物，甚至是喬木植物的孢粉。這種情況并不僅僅出現(xiàn)在我們的結(jié)果中，前人研究亦顯示南極地區(qū)有較多的各種類型的現(xiàn)代沉積孢粉：譬如，Linskens等［14］從維多利亞地北部沿海一帶綠洲上取得的苔蘚樣品中提取出了松科（Pinaceae）、金合歡屬、樺木屬（Betula）、金蓮屬（Tropaeolum）、蕁麻屬（Urtica）、榛屬（Corylus）、車前屬（Plantago）和日中花屬（Mesembryanthemum）等植物的花粉；鄭卓等［12］對南極半島西北海域的表層沉積物進(jìn)行分析時發(fā)現(xiàn)，其中部分樣品中存在現(xiàn)代沉積孢粉，組分中除常見的單縫孢子外，尚有零星的草本植物和木本植物花粉；李政等［15］在中國第22次南極科學(xué)考察過程中，采用大容量懸浮顆粒采樣器收集了“雪龍”號航線海洋邊界層氣溶膠樣品，并對其中的部分樣品進(jìn)行了孢粉分析，發(fā)現(xiàn)采自普里茲灣的樣品中含有蘇鐵屬（Cycas）、木麻黃屬（Casuorina）、松屬、桉屬（Eucalyptus）、金合歡屬、十字花科（Cruciferae）、禾本科、蒿屬、菊科等花粉。顯然，這些在南極地區(qū)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)代沉積孢粉并非出自南極大陸。那么，它們又是來自哪里？是怎么傳播到研究區(qū)的呢？

本文所分析的9份樣品中，除了一些世界廣布種（如松屬、禾本科、藜科、菊屬、蒿屬等）外，還有一些特征的地區(qū)種屬：例如，樣品N08-2中發(fā)現(xiàn)了金合歡屬花粉，該屬植物泛生于熱帶與亞熱帶地區(qū)，除歐洲和南極大陸外，其他大陸均有分布，澳大利亞、非洲和南美洲為主要分布區(qū)，而澳大利亞為分布中心；樣品N08-2、P4-13和P4-11中發(fā)現(xiàn)了桑寄生科花粉，該科植物大部分分布于熱帶地區(qū)，少數(shù)分布于溫帶地區(qū)。因此，我們推測普里茲灣表層沉積物中的現(xiàn)代沉積孢粉可能主要來自南極輻合帶以北的大陸或島嶼，甚至南半球熱帶地區(qū)的孢粉亦有可能到達(dá)該區(qū)。風(fēng)可能是攜帶這些花粉到達(dá)南極的主要載體，南極輻合帶以北的大陸或島嶼產(chǎn)生的花粉和孢子通過上升流進(jìn)入平流層參與全球循環(huán)，在氣流到達(dá)南極上空后，發(fā)生沉降，然后在環(huán)南極流作用下運(yùn)動，花粉被輸送至南極沿海地區(qū)［16］。

3.2 再沉積孢粉形成時代及與物源關(guān)系

普里茲灣表層沉積物中再沉積孢粉共23屬種，其中木本植物以雙束松粉屬為主，該屬在中新生代廣為分布［2］；另外，還見有小囊粉屬、雪松粉屬、南洋杉粉屬、羅漢松粉屬等，其中，小囊粉屬分布于中生代［3］；雪松粉屬分布于中新生代［2］；南洋杉粉屬和羅漢松粉屬在南半球，包括南極半島白堊至第三紀(jì)地層中都有分布，而且在南極半島白堊紀(jì)地層中更為常見，成為當(dāng)時雨林群落的常見分子［19］。草本植物花粉以藜粉屬和蒿粉屬為主，其中藜粉屬在新近紀(jì)均經(jīng)歷了從少量出現(xiàn)到逐漸繁盛的過程，而蒿粉屬目前被認(rèn)為從晚第三紀(jì)才在世界各地開始較多出現(xiàn)，其含量隨著時間的推移而增加。具體來說，一般認(rèn)為草本植物花粉自中新世早期開始少量出現(xiàn)，但限于少數(shù)或個別科屬；中新世晚期較常見，而且科屬數(shù)量也大大增加；至上新世這類植物才開始大量出現(xiàn)；尤其是在上新世末期?？尚纬梢恍﹥?yōu)勢組合［8］。根據(jù)以上資料，我們推測普里茲灣表層沉積物中再沉積孢粉的形成時代可能為中生代至第三紀(jì)，其中白堊至第三紀(jì)居多。

雖然因分析的樣品數(shù)太少，導(dǎo)致表層沉積物中再沉積孢粉的分布特征不太明顯，但仔細(xì)研究仍可發(fā)現(xiàn)某些規(guī)律。樣品 N08-2、P4-13、P4-12、P4-11和N08-4中再沉積孢粉顆粒數(shù)呈現(xiàn)隨離岸距離增加，數(shù)量逐漸減少的趨勢；而這幾份樣品中再沉積松屬花粉則呈現(xiàn)近岸低，隨著離岸距離增加含量逐漸增加的特征，松類花粉一般個體較大，在水中具有較強(qiáng)的漂浮能力，能被沿岸流帶離到遠(yuǎn)海中，如在南海松屬花粉能漂浮沉落到離岸更遠(yuǎn)處［1］。以上幾份樣品中再沉積孢粉的分布特征可能暗示普里茲灣表層沉積物中再沉積孢粉主要來自普里茲灣沿岸內(nèi)陸（圖1），冰川將普里茲灣周邊內(nèi)陸的基巖拔起，冰沿著查爾斯王子山（Prince Charles Mountains）和莫森陡崖（Mawson Escarpment）間的地塹谷地流動，從埃默里冰架（Amery Ice Shelf）進(jìn)入普里茲灣［17-18］，并將陸源物質(zhì)帶入普里茲灣。方愛民等［8］對東南極格羅夫山地區(qū)藍(lán)冰表面碎石帶新生代冰磧巖漂礫中孢粉進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其主要成分均來自岡瓦納大陸第三紀(jì)以來的生物群落，這些孢粉的形成時代與本文所分析的再沉積孢粉形成時代比較相近。這更進(jìn)一步證實(shí)普里茲灣表層沉積物中的再沉積孢粉可能主要來自普里茲灣周邊內(nèi)陸。

4 結(jié)論

通過對南極普里茲灣表層沉積物孢粉進(jìn)行分析，我們得出以下幾點(diǎn)主要結(jié)論：

（1）普里茲灣表層沉積物中孢粉主要由現(xiàn)代沉積孢粉和再沉積孢粉組成，其中現(xiàn)代沉積孢粉可能主要來自南極輻合帶以北的大陸或島嶼，甚至南半球熱帶地區(qū)的孢粉亦有可能到達(dá)該區(qū)。風(fēng)可能是其傳播的主要動力。

（2）通過對普里茲灣表層沉積物中再沉積孢粉組合成分、豐度及分布格局分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)表層沉積物主要為近源剝蝕成因，冰川將南極大陸普里茲灣周邊區(qū)域的基巖拔起，從埃默里冰架進(jìn)入普里茲灣，并將這些基巖中的孢粉帶至普里茲灣。

致謝 本研究使用的中國第24次南極科學(xué)考察采集的樣品由中國極地研究中心沉積物庫提供。

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