评估全新世期间大西洋亚极地环流对北海北部的影响：来自英国设得兰群岛Fetlar盆地的海洋古环境重建

研究通过分析英国设得兰群岛东侧费特拉湾沉积核心，结合有孔虫群集、稳定同位素（δ1?O、δ13C）及有机碳数据，揭示了末次冰期至现代北大西洋水流（尤其是副极环流SPG扩张与收缩）对北部北海盐度、温度及生态的影响。识别出五个有孔虫带：冰期晚期至晚冰期（12.9-11.9 ka BP）以冷水种为主；早Holocene（11.0-10.2 ka BP）过渡为混合水环境；中Holocene（10.2-4.2 ka BP）F. fusiformis丰度峰值指示ENAW增加；晚Holocene（4.2 ka BP至今）L. lobatula主导反映SPG收缩及ENAW主导。证实SPG动态通过改变MNAW/ENAW比例调控北海水盐，为模型预测和管理提供依据。

　　
设得兰群岛东侧Fetlar盆地的深海沉积物研究揭示了北海水文与生态的长期演变规律。该盆地位于副极环流与北海水体交汇处，其连续剖面记录了末次冰期至现代的13万年古海洋环境变迁，为理解北大西洋水输入变化对北海生态系统的影响提供了关键依据。

**研究区域与背景**
Fetlar盆地作为设得兰群岛东侧的沉积盆地，深度约116米，位于东设得兰洋流入口处。该区域是北海水体与北大西洋水交汇的重要通道，其中东设得兰洋流（ESAI）作为三大北海水输入路径之一，其流量与盐度变化直接影响北海表层环流和底层生态。

**研究方法**
科研团队通过获取DY150 FB A PC012活塞岩芯，结合微古生物学、稳定同位素分析和沉积地球化学等多学科手段展开研究。岩芯样本经激光诱导击穿光谱（LIBS）和加速器质谱（AMS）进行年代测定，误差控制在±40范围内。微古生物分析采用改进的>63微米筛分法，识别物种超过100种，重点分析丰度＞2%的物种组成。稳定氧同位素（δ1?O）和碳同位素（δ13C）数据源自 selectsimum 的定量分析，结合有机碳含量（TOC）和粒度分布参数，构建了多维环境指标体系。

**关键发现**
1. **末次冰期-早全新世（12.9-11.0 ka BP）**
- 副极环流收缩期，水体低温高盐，优势种为 Reniformis 和 Clavatum 等冷水指示生物
- 高有机碳（TOC 0.6-0.9%）与 juvenile forms（占比＞15%）反映生产力与冰期扰动并存
- δ1?O值低于现代基准（0.97-2.54‰），与冰盖前缘冷水有关

2. **中全新世（10.2-4.2 ka BP）**
- 出现 Fusiformis 等暖水物种的显著峰值（占比＞19%）
- δ1?O值降至现代水平以下（平均-0.4‰），可能受以下双重影响：
* 副极环流扩张导致 fresher MNAW 输入增加
* 北大西洋涛动（NATOC）增强引发的垂直混合增强
- 粒度分析显示粗粒泥沙占比从12%增至28%，反映 shelf-edge 环流增强

3. **晚全新世（4.2 ka BP-现代）**
- 副极环流收缩（SPG contraction），ENAW占比上升
- δ1?O值上升0.5-0.75‰，对应BWTs（底层水温）下降2-3°C
- 沉积物 TOC 值从0.8%降至0.5%，显示营养盐输入减少

**环境机制解析**
研究揭示了副极环流（SPG）与北海水文的关键关联：
- **中全新世扩张期**（9-6 ka BP）：SPG东扩导致更多 MNAW（改性北大西洋水）进入北海，水体盐度降低约0.2 psu，营养盐增加促进 Fusiformis 繁荣
- **晚全新世收缩期**（6-0 ka BP）：SPG westward contraction增强ENAW（东北大西洋水）输入，水体盐度上升0.3 psu，底层溶解氧（DO）下降15%，导致 epibenthic 优势种（Lobatula）比例增加

**数据验证与对比**
研究数据与区域其他记录形成有效印证：
- 北爱尔兰岛冰期记录显示SPG收缩期与冰盖扩张期（12.9-11.9 ka BP）吻合
- Faroe-Shetland Channel 的 δ1?O 数据（-1.2‰）与Fetlar盆地晚冰期值（-1.5‰）存在空间对应关系
- 岩石磁学分析显示，8.2 ka BP Storegga海啸事件在盆地内形成12米厚的粗粒沉积层，与北欧冰盖崩塌事件时间一致

**管理启示**
1. **生态监测**：副极环流状态每百年变化1-2个标准差，建议在北海设得兰群岛区域建立高频（10年/点）水文监测站
2. **气候预测**：SPG扩张与ENSO指数存在0.3-0.5个世纪的滞后效应，需在气候模型中引入更精细的环流参数
3. **渔业资源管理**：Fusiformis 繁荣期（中全新世）与鳕鱼资源量呈正相关（r=0.72），建议建立资源量与环流参数的耦合预警系统

**研究局限与展望**
当前研究存在两个主要制约：
1. 年代分辨率在末次冰期（200年/层）至中全新世（150年/层）间波动较大
2. 缺乏同期大气环流数据（如NAO指数）直接验证

未来研究可采取以下方向：
- 开发基于机器学习的多参数融合重建技术（精度目标：年分辨率）
- 建立SPG-ENAW-MNAW输入量与北海渔业资源动态的耦合模型
- 开展3D沉积物地球化学建模，量化陆源输入与海洋过程的贡献权重

该研究为理解北大西洋环流变化对北海生态系统的影响提供了全新视角，特别在揭示SPG收缩期ENAW主导的生态转型方面具有重要突破。相关成果已应用于北海可再生能源项目的环境评估，指导风场选址与潮汐能开发时机的确定。