阿拉斯加西部苏厄德半岛西南部的晚第四纪花粉记录以及白令陆桥中部的植被历史

《Arctic, Antarctic, and Alpine Research》：Late Quaternary pollen record from southwest Seward Peninsula, western Alaska, and the vegetation history of central Beringia

薛沃德半岛近Teller地区海岸暴露物的花粉记录显示，末次冰期（LGM）植被以干燥寒冷环境下的草本植物（莎草、草类）和柳树为主，气候凉爽干燥，地表无厚层泥炭积累。约14700年BP的B?lling-Aller?d变暖事件后，植被逐渐过渡为湿润环境的桦树-苔藓-莎草- forb灌木苔原，伴随湖群形成和泥炭堆积。该记录与中央贝里吉亚其他遗址（如Burial Lake、Zagoskin Lake）的植被-气候关联性一致，但与圣保罗岛等南部BLB区域缺乏桦树等证据不同，表明LGM时期整体气候干燥，南部可能因海平面上升更早转为海洋性气候。研究通过花粉分析和碳年代测定，结合苔藓化石和植物宏化石证据，反驳了之前关于BLB存在广泛湿润气候的假说，支持干燥苔原-草原的LGM植被模型。

　　
### ABSTRACT 中文解读
一份来自阿拉斯加西海岸Tell海岸暴露面的花粉分析记录，揭示了末次冰期（LGM）至全新世的植被与气候变迁。研究区域位于白令陆桥（BLB）的中部，靠近白令海峡东侧海岸。通过分析5.5米厚的沉积剖面，结合AMS碳14年代测定和孢粉记录，发现LGM时期该区域以干燥的草原-苔原植被为主，包含大量莎草、蒿属植物和灌木。随着B?lling-Aller?d温暖事件（约14,700年前）的开启，植被逐渐过渡为云杉-桦树-苔藓苔原，并伴随冰楔Polygon和冻融湖的发育。研究进一步对比了白令陆桥不同区域（如圣保罗岛、Burial Lake等）的植被记录，指出气候变暖和海平面上升共同驱动了植被分异，而陆桥内部在LGM时期可能仍存在连接东西部哺乳动物的生态通道。

### KEYWORDS
- **白令陆桥（Bering Land Bridge）**：研究区域位于其北-南轴线的中段，靠近白令海峡东侧。
- **阿拉斯加西南部（Alaska, Western）**：重点分析Seward半岛西南端的Tell海岸剖面。
- **晚第四纪（late Quaternary）**：时间跨度覆盖末次冰期至现代，尤其关注14,700年前后的植被转变。
- **古生态学（paleoecology）**：通过花粉记录重建古植被，结合孢粉和植物宏化石分析。
- **古气候（paleoclimates）**：气候干冷（LGM）→ 湿润（B?lling warming）→ 海平面上升影响（Holocene）。

### INTRODUCTION
研究以Tell海岸剖面为核心，探讨白令陆桥（BLB）中段在末次冰期（LGM，约26,000-14,700年前）至全新世的植被与气候变迁。该区域在LGM时期海平面下降至-120米，BLB最大延伸，成为连接欧亚北美的重要生态走廊。Tell剖面位于BLB中段，靠近白令海峡东侧海岸，具有典型的海陆过渡特征，沉积物记录完整，适合重建古环境。

#### 前人研究基础
- **白令陆桥的古生态研究**：David M. Hopkins团队自20世纪50年代起系统研究BLB的冰川、植被和动物群（Hopkins et al., 1982）。早期研究认为LGM时期植被稀疏，难以支持大型哺乳动物（如猛犸象）生存（Guthrie, 2001）。
- **Tell剖面的独特性**：该剖面暴露了LGM时期陆桥北岸的冲积扇沉积，包含冰楔Polygon和冻融湖沉积，是极少数直接暴露的LGM年龄沉积剖面（约24,340年前）。
- **年代学挑战**：传统碳14测年因 redeposition问题误差较大，近年AMS技术可精确测定小样本有机质（如木屑、种子），但需结合地质证据校正（如火山灰层、海侵事件）。

### климат与冻土背景
#### 现代气候特征
Seward半岛西南部属过渡气候（冬冷夏凉），年降水量约35厘米，活动层冻土厚度随纬度变化（Péwé, 1975）。LGM时期气候更冷，夏季均温低于现代约5°C，冬季极端低温可达-32°C（Kuzmina et al., 2008）。
#### 冻土与冰楔作用
LGM时期BLB北岸被连续冻土覆盖，冰楔Polygon广泛发育。风蚀导致雪层覆盖减少，夏季冻土融化深度增加，促进冰楔生长（Hopkins, 1972）。Tell剖面中段（约240厘米深度）的冰楔Polygon显示夏季冻土活动层较现代深约1米（Muhs et al., 2003）。
#### 海平面变化与沉积环境
LGM海平面下降暴露了约2×10^6平方公里的大陆架，BLB成为连接欧亚的陆桥。沉积序列显示：
1. **基底层**（0-1米）：海洋砾石（晚次冰期高海平面沉积）。
2. **中层**（1-3米）：风成黄土（loess），富含植物花粉。
3. **上层**（3-6.5米）：有机质丰富的冻融湖沉积和现代苔藓-桦树苔原（图6）。

### 方法论
#### 采样与沉积物分析
2001年夏季，在Teller村庄附近的海岸暴露带挖掘剖面，覆盖末次冰期至现代的沉积序列。通过手工开凿揭露新鲜沉积物，避免机械扰动（图6）。
- **沉积物类型**：
- 基底层（0-1米）：海洋砾石（含贝壳碎片）。
- 中层（1-3米）：黄土层，可能由西伯利亚高压气旋携带（图7）。
- 上层（3-6.5米）：有机质丰富的冻融湖沉积（泥炭层）和现代冲积土。
- **花粉提取**：湿筛法分离花粉，显微镜下鉴定至科/属级别（如Poaceae莎草科、Betula桦属）。
- **年代测定**：AMS测定10个样品，包括木质残片和有机硅颗粒，校正后精度达±200年（表1）。

#### 关键发现
1. **LGM植被（24,340-14,700年前）**：
- 主导类型：莎草（Cyperaceae）、蒿属（Artemisia）、草本（如车前草、 polygonaceae）。
- 灌木：桦树（Betula nana）和柳树（Salix）占比低于10%，可能来自远距离花粉飘散。
- 草本多样性：约200种，但多为风媒（如Poaceae）或虫媒（如Ranunculaceae），虫媒植物花粉保存率低（Ager, 1982）。
2. **B?lling warming事件（14,700年前）**：
- 气候变暖导致冻土活动层变浅，冰楔Polygon减少（图5）。
- 沉积中段（14,370年前）出现草本（如紫地丁、车前草）花粉骤增，标志苔藓-桦树苔原形成（图8）。
3. **Holocene植被（14,700年前至今）**：
- 桦树（Betula）和柳树（Salix）花粉占比显著上升（>30%）。
- 云杉（Picea）花粉微量出现，推测来自内陆迁移（如育空 deltas）。

### 讨论与对比分析
#### 白令陆桥不同区域的植被记录
1. **Burial Lake（西北 Brooks山脉）**：
- LGM花粉谱：Poaceae（40%）、Cyperaceae（25%）、Artemisia（10%）、莎草（Kobresia myosuroides）。
- 转变期（14,700年前）：桦树花粉占比从2%增至15%，苔藓（Sphagnum）和蕨类（Polypodiaceae）增加（Abbott et al., 2010）。
2. **Kaiyak Lake（西北阿拉斯加）**：
- 植被与Tell剖面相似，显示BLB中段在LGM至早Holocene的植被连续性。
- 冻融湖沉积中段的桦树花粉占比达30%，表明局部湿润环境（图9）。
3. **圣保罗岛（Pribilof Islands）**：
- 无LGM时期桦树/柳树记录，花粉谱以海岛特有草本（如Artemisia telesii）为主（Wang et al., 2017）。
- 结论：南部陆桥边缘因海岛隔离，未能接收内陆 shrub tundra 植物种子。

#### 植被分异与气候驱动机制
1. **LGM干燥气候的生态响应**：
- 草本植物（如Artemisia、Polygonum）和莎草（Cyperaceae）占据主导，反映贫瘠、低湿环境。
- 虫媒植物（如伞形科、龙胆科）花粉比例低，与虫媒传粉效率低相关（Ager, 1982）。
2. **B?lling warming后的植被扩张**：
- 桦树（Betula）和柳树（Salix）沿冻土活动层边缘扩散，形成灌木丛（图8）。
- 苔藓（Sphagnum）和蕨类（Polypodiaceae）指示湿润微环境，可能为融雪湿地或冻融湖边缘（Kuzmina et al., 2008）。
3. **海平面上升与植被迁移**：
- 沿海低地被海水淹没（约14,500年前），迫使植被向内陆迁移（如育空 deltas的云杉林）。
- 圣保罗岛等南部陆桥岛屿因隔离效应，保留LGM时期的干燥草本植被（Wang et al., 2017）。

#### 与Siberia古植被的对比
- **Kitluk地表（Cape Espenberg）**：
- 植物宏化石显示LGM时期有50种以上草本（如Minuartia arctica、Oxyria digyna），与白令陆桥其他遗址一致。
- 无桦树/柳树证据，可能因南部陆桥早期被海侵淹没（图2）。
- **东西伯利亚对比**：
- 东西伯利亚LGM植被均以Poaceae-Cyperaceae-Artemisia为主，但Siberia南部有更多针叶林（Picea abies）记录（Lozhkin et al., 2001）。

### 结论
1. **LGM植被类型**：以草原（Poaceae、Cyperaceae）和干燥苔原（Artemisia、Salix）为主，无现代云杉林分布（Kuzmina et al., 2008）。
2. **气候驱动机制**：夏季均温比现代低5-10°C，冬季极端低温主导冻土发育（Zhang, 2005）。
3. **生态连通性**：陆桥中段在LGM时期仍存在东西连通通道，哺乳动物（如猛犸象）和种子可通过冻融湖和干草原扩散（Guthrie, 2001）。
4. **研究展望**：
- 需结合宏化石（如木屑、种子）和aDNA技术，提高植被分类精度（Clarke et al., 2024）。
- 新近发现的北极群岛沉积剖面（如R/V Sikuliaq任务）将揭示BLB南部细节（Fowell, 2024）。

### 数据可用性声明
花粉数据、年代测定结果及宏化石记录已上传至Neotoma数据库（https://www.neotomaadb.org），支持开放科学验证。

### 图像说明
- **图1**：中央白令陆桥地理位置与采样点分布（标注AFZ-1至AFZ-4气候带）。
- **图2**：LGM时期陆桥地形与海平面-120米等高线（北极海永久冰盖覆盖）。
- **图3**：Norton Sound地区现代植被与Teller剖面位置。
- **图4**：阿拉斯加气候带划分（AFZ）与Teller、Nome、Unalakleet实测气候数据。
- **图5-6**：冻融湖沉积过程（冰楔发育、湖沉积物结构）。
- **图7-8**：Teller剖面有机碳含量与花粉百分比变化曲线（显示14,700年前植被转型）。

该研究为白令陆桥LGM生态重建提供了关键证据，揭示了气候变冷导致的植被简化与冻土活动的动态平衡，同时验证了陆桥作为生物迁徙通道的功能。