全新世期间，红海东南大陆架上一个天坑的演变过程：从咸水古湖泊转变为分层海洋环境

《Global and Planetary Change》：The Holocene evolution of a sinkhole on the Southeast Red Sea Shelf: From saline palaeolake to stratified marine setting

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　　### 亚速尔深海：全新环境演变的记录

在红海的南部海岸地貌中，沉没的沿海景观不仅为研究冰河时期后的环境变化提供了关键的档案，还揭示了海平面变化与水文气候变迁之间的复杂关系。其中，东南部沿海地区的亚速尔深海（Farasan Deep）作为一个深而形态孤立的凹陷区域，记录了一种罕见的从咸水古湖泊向分层海洋环境的转变过程。本研究通过对沉积物核心FA24进行多指标分析，结合脂质生物标记物（包括支链和异戊二烯类甘油二烷基甘油四醚 [GDGTs]）、XRF核心扫描、LOI（灼烧失重）、沉积学和微体古生物学等方法，重建了过去11800年间的水体结构、氧化还原动态以及微生物和生物群落的变化。研究结果揭示了三个不同的阶段，每个阶段都反映了特定的环境条件和生态变化，为理解边缘海盆地的冰河时期后海洋再连接提供了新的视角。

#### 阶段一：孤立的古湖泊系统

从11.8千年前（ka）到8.7 ka，亚速尔深海处于水文孤立状态，表现为强烈的水体分层和持续的底层缺氧。沉积物的特征包括有机质丰富的层状沉积、硅藻垫、低的有孔虫数量以及生物标记物的证据，表明该区域存在持续的缺氧状态和独特的微生物生态。这一阶段的沉积特征反映了早期海洋孤立期间的环境条件，其中缺乏生物扰动和高沉积速率的环境有利于有机物的积累和保存。此外，沉积物中的高Br/Ti和Si/Ti比值表明了生物硅的输入和高生产力的环境。尽管没有显著的海洋输入，但局部的淡水输入可能通过季节性的水文变化引入了营养物质，从而短暂地扰动了水体结构并促进了硅藻垫的形成。这一阶段的沉积物特征，如层状结构和高有机质含量，进一步支持了该区域的水体分层和低氧环境。

#### 阶段二：过渡动态与间歇性连接

从8.7 ka到6.7 ka，亚速尔深海经历了从孤立的古湖泊向完全海洋连接的过渡。这一阶段的沉积特征与阶段一有所不同，表现为沉积物更加致密，缺乏层状结构，并且沉积速率显著下降。同时，XRF核心扫描数据显示Ca/Ti、Fe/Ti和S/Ti等元素比值的显著波动，反映了间歇性的海洋输入和变化的氧化还原条件。此外，LOI值的波动以及硅藻垫的减少也表明了这一阶段中生产力的不稳定和海洋环境的动态变化。在这一阶段，海洋和陆地输入的交替可能促进了微生物群落和生态系统的重组，表现为有孔虫数量的增加和硅藻的减少。这些变化与非洲湿润期（African Humid Period）的高峰期相吻合，这一时期增强了降水，可能通过河流输入为亚速尔深海提供了短暂的淡水供应，从而影响了水体结构和营养物质的分布。

#### 阶段三：现代海洋条件的确立

从6.7 ka至今，亚速尔深海进入了现代海洋条件的阶段。这一阶段的沉积物特征显示了稳定的分层和持续的底层缺氧环境，与前两个阶段相比，沉积物变得更加均匀且结构致密。XRF核心扫描数据显示Ca/Ti、Fe/Ti和S/Ti等元素比值持续升高，表明海洋影响的增强和氧化还原条件的稳定。同时，LOI值的下降和有机质含量的减少反映了生产力的下降和有机质保存条件的改变。硅藻垫的完全消失以及有孔虫数量的增加，进一步支持了该区域从古湖泊向现代海洋环境的转变。此外，GDGTs的分布和相关指标的变化表明，微生物群落和生态系统的重组在这一阶段达到新的平衡，反映出海洋环境对生物活动和沉积物组成的影响。

### 环境演变与微生物生态的关联

亚速尔深海的环境演变与微生物生态的变化密切相关。研究中通过分析GDGTs和相关的生物标记物，揭示了微生物群落的动态变化。例如，GDGT-0/crenarchaeol比值的升高表明了氧化还原条件的变化和微生物群落的调整。此外，OH-isoGDGTs和brGDGTs的分布变化也反映了不同水体层的微生物活动。这些生物标记物的分布不仅有助于重建过去的环境条件，还为理解海洋环境中的微生物生态提供了重要的线索。

### 沉没景观的地理与考古意义

亚速尔深海的沉积记录不仅为环境演变提供了重要证据，还对地理考古研究具有重要意义。该区域在冰河时期曾作为孤立的湖泊存在，可能为早期人类活动提供了重要的生态和资源支持。研究结果强调了沉没景观在环境重建和人类-环境互动研究中的重要性，支持了对这些区域进行更详细和综合的考古研究。此外，该区域的沉积物记录还为全球范围内类似边缘海盆地的环境变化提供了参考，特别是在研究红海和全球其他热带沿海地区之间的水文气候反馈机制和碳循环等方面。

### 研究方法与数据解释

为了重建亚速尔深海的环境演变，研究采用了多种方法，包括XRF核心扫描、LOI分析和半定量微体古生物学。XRF核心扫描用于分析沉积物中的元素比值，这些比值反映了海洋生物碳酸盐信号、氧化还原条件和生物硅输入的变化。LOI分析则提供了有机质含量的直接证据，而半定量微体古生物学则揭示了有孔虫和硅藻的分布和数量变化，反映了水体氧含量和营养物质供应的变化。这些方法的综合应用使得研究能够更全面地理解亚速尔深海的环境演变过程。

### 结论

本研究通过对亚速尔深海沉积物核心FA24的多指标分析，揭示了该区域从孤立的咸水古湖泊向现代海洋环境的复杂演变过程。这一演变不仅受到海平面变化的影响，还与气候变迁和水文条件密切相关。研究结果强调了在边缘海或水文隔离的海洋系统中，传统GDGT指标的适用性可能存在局限，因此需要结合更多的微生物群落分析和现代环境数据来提高环境重建的准确性。此外，亚速尔深海的沉积记录为全球范围内的环境演变和碳循环研究提供了重要的参考，特别是在理解半封闭系统中的氧化还原敏感碳循环和微生物脂质响应方面。这些发现不仅有助于深化对红海地区环境演变的认识，还为全球其他类似区域的研究提供了新的视角和方法论基础。