伊比利亚半岛东南部全新世时期的古环境重建及人类活动影响证据:San Juan de los Terreros遗址中的脂质生物标志物和微量元素

《Marine Environmental Research》:Paleoenvironmental reconstruction and evidence of human impact history during the Holocene in the SE Iberian Peninsula: lipid biomarkers and trace elements in the San Juan de los Terreros record

【字体: 时间:2026年01月03日 来源:Marine Environmental Research 3.2

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  Holocene古环境重建与人类活动影响分析——以西班牙东南部San Juan de los Terreros遗址为例,通过沉积岩、矿物学及生物标志物(n-烷烃、脂肪酸、甾醇等)结合氨基酸消旋化和碳14测年,揭示了沿海潟湖水位波动与区域/全球气候变化关联,并证实公元前1800年后的铅矿开采和冶金活动对沉积记录的显著影响。

  
圣地亚哥·罗梅罗-加西亚 | 贾塞·E·奥尔蒂斯 | 特立尼达·托雷斯 | 伊格纳西奥·洛佩斯-西利亚 | 尤兰达·桑切斯-帕伦西亚 | 胡安·波斯 | 路易斯·A·加兰 | 卡洛斯·博恩特 | 米拉格罗斯·罗斯 | 塞巴斯蒂安·拉马拉洛 | 安娜·布拉斯克斯
生物分子地层学实验室。马德里理工大学矿业与能源工程学院。地址:C/ Ríos Rosas 21,28003-马德里

摘要

通过沉积学、矿物学和微量元素分析以及脂质生物标志物研究,重建了全新世伊比利亚半岛东南部的古环境条件,从而识别出该沿海地区的自然变化和人类活动。在阿尔梅里亚的圣胡安-德洛斯-特雷罗斯钻取了一个保存完好的14米深的核心样本。利用贝叶斯年龄模型,并通过介形虫壳的氨基酸消旋作用和植物碎片的放射性碳(14C)测年来确定时间框架。结果揭示了过去7800年的年代序列,根据n-烷烃、脂肪酸、n-烷-2-酮、甾醇和有机硫的含量及古生物学证据,划分出五个主要的环境时期。数据表明,湖泊环境的水位变化与区域性和全球性气候变化有关。在铜石器时代,人类活动在沉积记录中也有明显体现,尤其是在腓尼基人和罗马时期。我们的发现显示,人类活动(尤其是铅矿开采和冶金活动)对该地区环境产生了显著影响。

引言

沿海海洋沉积物蕴含了关于区域和全球尺度古环境条件的关键信息(Pavlopoulos等人,2006;Triantaphyllou等人,2010;Torres等人,2014)。由于沿海地区以细粒沉积物的快速积累和低细菌再矿化作用为特征,因此是研究沉积有机质(OM)及其来源的理想场所(Hedges和Keil,1999;Sucipto等人,2025)。此外,这些沿海环境容易受到直接污染,因此其沉积物是古环境变化和人类活动影响的宝贵记录(Le Roux等人,2003,2005;Véron等人,2006,2013;Stanley等人,2007;Delile等人,2014;Manteca等人,2017;Azuara等人,2020;Ortiz等人,2022;Umar等人,2025)。
近几十年来,许多研究聚焦于伊比利亚半岛的地中海沿岸地区及其古环境重建。在不同地点获得的沉积记录揭示了全新世的气候变化以及人类活动的影响(Manteca等人,2017;Ortiz等人,2020,2021,2022;Torres等人,2020,2022;Gil-García等人,2022)。沉积学、孢粉学、生物标志物和微量元素研究主要针对卡塔赫纳(Manteca等人,2017;Torres等人,2022;Ortiz等人,2021,2022;Gil-García等人,2022)和马萨龙(Ortiz等人,2020;Torres等人,2020)这两座城市,因为它们在古代具有重要地位,并对腓尼基人、普尼基人和罗马人等文明的发展起到了关键作用。
沉积有机质保存了关于其来源、运输和沉积过程的重要信息。脂质成分的变化反映了环境变化,因为有机质通常是由多种来源(藻类、水生植物和陆地植物)组成的混合物,且保存程度各不相同(Meyers,2003;Quijano和Castro,2015)。保存在地质样本中的生物标志物(如来自生化前体的化石分子)可作为沉积环境和随后成岩过程的指示物(Brassell,1992;Simonet,2002)。在这方面,沉积物中的生物标志物(如脂肪烃n-烷烃和脂肪酸)是分析有机质来源和生物演变的宝贵工具(Meniconi等人,2002;Readman等人,2002;González-Vila等人,2003;Ortiz等人,2007;Torres等人,2014,2018;Quijano和Castro,2015;Blázquez等人,2017)。因此,生物标志物是非常有用的代理指标,它们提供了化石记录中未体现的过去生命信息(Brassel,1992)。
n-烷烃是沉积有机质中最丰富的脂质生物标志物,与其他有机质成分相比,它们不易受到微生物降解。n-烷烃常用于确定海洋藻类和陆地来源化合物的比例,反映环境变化,并用于估算海洋生产力(Prahl和Carpenter,1984;Meyers等人,1995;Quijano和Castro,2015)。沉积物中的饱和脂肪酸(FAs)对于识别有机质来源及其保存状况也至关重要。脂肪酸来源于多种途径(藻类、水生植物和陆地植物),比n-烷烃更容易降解和化学改变(Meyers,1993;Palomo和Canuel,2010;Pruski等人,2022)。n-烷-2-酮也能提供关于有机质来源和降解程度的信息(Volkman等人,1981;Cranwell等人,1987;Ortiz等人,2024)。此外,甾醇的多样性有助于推断有机质的来源和成岩过程。通过分析沉积物中甾醇的相对浓度,可以识别不同类型有机质的输入(Meyers,1993)。
了解自古以来的人类活动影响对于评估其对陆地和沿海生态系统、生物群落、景观、大气和水质的演变至关重要。沿海海洋记录是保存这些活动人为信号的天然档案,包括元素和化合物沉积的变化(Martínez Cortizas等人,2005;Siregar等人,2025)。采矿活动和冶金业在世界历史上发挥了重要作用,自铜石器时代以来就开始了铅(Pb)、铜(Cu)和锌(Zn)的开采(Killick和Fenn,2012)。
伊比利亚半岛的地中海沿岸在近年来进行了多项研究和古环境重建。不同地点的沉积记录揭示了全新世的气候变化以及人类活动的影响(Manteca等人,2017;Ortiz等人,2020,2021,2022;Torres等人,2020,2022;Gil-García等人,2022)。沉积学、孢粉学、生物标志物和微量元素研究主要集中在卡塔赫纳(Manteca等人,2017;Torres等人,2022;Ortiz等人,2021,2022;Gil-García等人,2022)和马萨龙(Ortiz等人,2020;Torres等人,2020)这些城市,因为它们在古代具有重要地位,并对腓尼基人、普尼基人和罗马人等文明的发展起到了关键作用。
沉积有机质保存了关于其来源、运输和沉积过程的重要信息。脂质组成的变化表明了环境变化,因为有机质通常是来自不同来源的成分混合物(藻类、水生植物和陆地植物),且保存程度不一(Meyers,2003;Quijano和Castro,2015)。保存在地质样本中的生物标志物作为来自生化前体的化石分子,可作为沉积环境和后续成岩过程的指示物(Brassell,1992;Simonet,2002)。因此,沉积物中的生物标志物(如脂肪烃n-烷烃和脂肪酸)是分析有机质来源和生物演变的宝贵工具(Meniconi等人,2002;Readman等人,2002;González-Vila等人,2003;Ortiz等人,2007;Torres等人,2014,2018;Quijano和Castro,2015;Blázquez等人,2017)。因此,生物标志物被认为非常有用,因为它们提供了化石记录中未体现的过去生命信息(Brassel,1992)。
n-烷烃是沉积有机质中最丰富的脂质生物标志物,与其他有机质成分相比,它们不易被微生物降解。n-烷烃常用于确定海洋藻类和陆地来源化合物的比例,反映环境变化,同时也用于估算海洋生产力(Prahl和Carpenter,1984;Meyers等人,1995;Quijano和Castro,2015)。沉积物中的饱和脂肪酸(FAs)对于识别有机质来源及其保存状况也至关重要。脂肪酸来源于多种途径(藻类、水生植物和陆地植物),比n-烷烃更容易降解和化学改变(Meyers,1993;Palomo和Canuel,2010;Pruski等人,2022)。n-烷-2-酮也能提供关于有机质来源和降解程度的信息(Volkman等人,1981;Cranwell等人,1987;Ortiz等人,2024)。此外,甾醇的多样性有助于推断有机质的来源和成岩过程。通过分析沉积物中甾醇的相对浓度,可以识别不同类型有机质的输入(Meyers,1993)。
了解自古以来的人类活动影响对于评估其对陆地和沿海生态系统、生物群落、景观、大气和水质的影响至关重要。沿海海洋记录是保存这些活动人为信号的优秀天然档案,包括元素和化合物沉积的变化(Martínez Cortizas等人,2005;Siregar等人,2025)。采矿活动和冶金业在世界历史上发挥了重要作用,自铜石器时代以来就开始了铅、铜和锌的开采(Killick和Fenn,2012)。
伊比利亚半岛有着悠久的金属采矿和冶金历史(Gallego等人,2013;García-Alix等人,2013;Manteca等人,2017;Ortiz等人,2021)。研究表明,严重的空气金属污染始于青铜时代(Br?nnvall等人,2001;Martínez Cortizas等人,2002;Renberg等人,2002;Kylander等人,2005)。事实上,金属污染是那个时期及罗马帝国时期的主要污染源(Nriagu,1983;Leblanc等人,2000;Hunt-Ortiz,2003)。在这方面,西班牙东南部拥有丰富的文化遗产,沉积物中的金属痕迹可以标记史前人类活动对其发展的贡献。
圣胡安-德洛斯-特雷罗斯的沿海地区具有历史重要性,因为该地区自古以来就开采了丰富的自然资源(铅、铜、锌和盐)(Matamala和Aguilar,2003;Renzi等人,2009;Arboledas,2011;Carpintero等人,2015;Manteca等人,2017),这些活动对沿海生态系统的演变产生了影响。
在这个背景下,在圣胡安-德洛斯-特雷罗斯钻取的一个新的全新世沉积核心样本,包含了丰富的保存完好的数据,为研究环境变化和人类影响提供了理想条件。我们通过分析沉积学、矿物学、古生物学内容和生物标志物来重建全新世伊比利亚半岛东南部的古环境历史。同时,还通过元素微量分析解读了人类活动的影响。

地理和地质背景

圣胡安-德洛斯-特雷罗斯是位于伊比利亚半岛东南部的一个小村庄(阿尔梅里亚省北部)。从地理上看,西侧毗邻阿吉隆山脉,东侧濒临地中海(图1)。从地质学角度来看,该地区被二叠纪-三叠纪变质岩(片岩)、石灰岩和白云岩所环绕,属于阿尔普哈里德复合体(贝蒂克山脉内部)的一个后造山沉积盆地。

材料与方法

使用常规旋转钻杆钻井设备钻取了一个14米长的核心样本,其中最上层的9米属于全新世。核心样本被包裹后送往实验室,并纵向切成两半。首先通过X射线计算机断层扫描分析其内部特征。在前3米范围内每隔4厘米取4个样本,在3至9米范围内每隔6厘米取一个样本。

结果

记录的最底层(14–9米)被解释为更新世时期,主要由砾石和粗砂组成,而最上层的9米中则含有石膏层和块状石膏(图2A)。值得注意的是,整个核心样本中都观察到了细层状沉积物,且未发现间断层(图3)。
在14至9米深度之间,生物多样性非常稀少,这与砾石和砂层相吻合。相比之下,在最上层的9米中发现了大量介形虫(C

有机质的保存状况

观察到的CPI值普遍超过4(图4),显示出n-烷烃的降解程度较低,这与有机质来源情况相符(参考Hedges和Prahl,1993;Zheng等人,2007)。TARFA值与n-烷烃指数(CPI、ACL、Paq)之间存在强相关性(表5),表明沉积物中n-烷烃的微生物降解程度极低。这些发现突显了n-烷烃作为古环境重建指标的价值。

结论

通过AAR和14C测年,我们建立了过去7800年圣胡安-德洛斯-特雷罗斯沿海地区古环境变化和人类活动的时间框架。
n-烷烃、FAs(包括饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸)以及n-烷-2-酮的分布和对应关系表明有机质保存良好,微生物降解程度较低,证实了使用脂质生物标志物进行古环境分析的有效性。

CRediT作者贡献声明

路易斯·A·加兰:研究工作。胡安·波斯:研究工作。米拉格罗斯·罗斯:研究工作。卡洛斯·博恩特:研究工作。特立尼达·托雷斯:研究工作。尤兰达·桑切斯-帕伦西亚:研究工作。伊格纳西奥·洛佩斯-西利亚:研究工作。安娜·布拉斯克斯:研究工作。塞巴斯蒂安·拉马拉洛:研究工作、资金筹集。贾塞·E·奥尔蒂斯:写作、审稿与编辑、项目管理、研究工作、资金筹集。圣地亚哥·亚历杭德罗·罗梅罗-加西亚:写作、原始草案撰写、方法学研究。

未引用参考文献

Boente, 2020; Carpintero Lozano等人,2015; De Deckker, 1981; Delile等人,2019; Reimer等人,2020; Sierra López等人,1972a; Sierra López等人,1972b; Sierra López等人,1972c; Sierra López等人,1972d; Simoneit, 2002.

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文研究的个人关系。

致谢

本文的完成得益于西班牙科学与创新部MCIN/AEI/10.13039/501100011033)项目PID2021-123549NB-I00的资助。圣地亚哥·罗梅罗获得了MCIN/AEI/10.13039/501100011033和FSE+资助的PRE2022-105248研究员培训计划的支持。
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