地中海中部的火山灰年代学与24万至19万年间的火山喷发活动：来自意大利中部卡斯特利奥内玛尔（Castiglione Maar）高分辨率记录的见解

《Quaternary Science Reviews》：Central Mediterranean tephrochronology and explosive volcanism over the 240–190 ka interval: Insights from the high-resolution record of Castiglione Maar, central Italy

本研究对意大利Colli Albani火山区的Castiglione Maar湖相沉积序列进行了火山灰年代学分析，聚焦MIS 7阶段（约243-190 ka），通过火山灰化学成分和40Ar/39Ar定年，确认了Sabatini火山区及Latera火山复合体的多个喷发事件，揭示了该时段复杂的火山活动序列，为区域地质年代学提供关键依据。

　　

Bianca Scateni|Giuseppe Re|Gianfranco Di Vincenzo|Biagio Giaccio|Patrizia Macrì|Maurizio Petrelli|Alessio Di Roberto

意大利国家地球物理与火山学研究所，比萨分部，Via C. Battisti 53，56125，比萨，意大利

摘要

对位于阿尔巴尼山火山带（拉齐奥地区，意大利）的卡斯蒂廖内玛尔（Castiglione Maar）古湖泊沉积序列进行了全面的火山灰年代学研究，重点研究了海洋同位素阶段7（MIS 7；约243–190千年前）。识别出的火山灰层从质地、矿物成分、玻璃化学成分（主要元素、次要元素和微量元素）等方面进行了特征描述，并通过⁴⁰Ar/³⁹Ar方法进行了年代测定。研究发现，这些火山灰的来源主要来自萨巴蒂尼火山带（Sabatini Volcanic District）和拉特拉火山复合体（Latera Volcanic Complex），坎帕尼亚省（Ischia）和阿尔巴尼山火山带也有一定贡献。具体来说，我们识别出了维尼亚迪瓦莱（Vigna di Valle）火山喷发的火山灰（⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄为199.54 ± 0.43千年前，±2σ），以及四次萨巴蒂尼火山带未知喷发的火山灰。其中，拉特拉火山复合体的活动尤为明显，其火山灰层分别来源于上格罗特迪卡斯特罗（Upper Grotte di Castro，模型年龄为216.30 ± 1.24/?1.88千年前，±2σ）、索拉诺（Sorano，模型年龄为220.8 ± 1.7/?2.0千年前）、法尔内塞（Farnese，模型年龄为234.8 ± 1.3/?2.1千年前和234.4 ± 1.5/?2.2千年前）和斯坦扎诺（Stenzano，模型年龄为240.5 ± 2.1/?2.0千年前）的喷发。此外，还发现了六次拉特拉火山复合体的未知喷发事件，其中一次通过⁴⁰Ar/³⁹Ar方法确定为219.98 ± 0.44千年前。这表明拉特拉火山口的地质历史更为复杂。许多已识别的火山灰层并非单一的爆炸事件产生的，而是由多次高能量事件叠加形成的（即多个火山灰层），这些事件之间相隔数百年至数千年，但具有相似的玻璃成分和矿物组合。研究结果有助于更全面地重建MIS 7期间意大利火山的喷发历史，并通过引入新的年代地层标志物完善了区域火山灰框架。

引言

火山灰年代学利用火山灰作为年代地层标志物，通过地球化学和地质年代学方法进行识别，是一种有效的方法，能够在各种档案中实现高分辨率的时间和地层对比，涵盖了广泛的第四纪科学领域（Lowe, 2011; Lane et al., 2017）。火山灰层被广泛用于关联、同步和测定古气候及古环境记录（Blockley et al., 2014; Lane et al., 2017; Kutterolf et al., 2019），在考古学研究中也有应用（Giaccio et al., 2008, 2017; Lane et al., 2014; Pereira et al., 2018; Zanchetta et al., 2018; Villa et al., 2020），以及追踪和重建古地理和构造演化（例如，Giaccio et al., 2012a; Galli et al., 2017; Bini et al., 2020）。此外，火山灰年代学还为火山喷发历史的重建提供了宝贵的数据，包括喷发强度-频率关系、火山灰降落体积和扩散范围（Albert et al., 2019; Andrade et al., 2021; Bourne et al., 2010, 2016; Chen et al., 2022; Di Roberto et al., 2019, 2020, 2023; Fernandez et al., 2024, 2025; Freundt et al., 2023; Leicher et al., 2019; McLean et al., 2018; Monaco et al., 2021, 2022; Ponomareva et al., 2015; Regattieri et al., 2022; Satow et al., 2021; Scateni et al., 2024; Tomlinson et al., 2014; Van Daele et al., 2014; Wulf et al., 2020）。

过去十年中，来自意大利中部和南部的陆源沉积记录显示了火山灰地层重建的巨大潜力，例如在蒙蒂基奥湖（Lago Grande di Monticchio，Wulf et al., 2004, 2008, 2012）、富奇诺盆地（Fucino basin，Giaccio et al., 2017, 2019; Di Roberto et al., 2018; Monaco et al., 2022; Leicher et al., 2022）、苏尔莫纳（Sulmona，Giaccio et al., 2012b, 2013）和圣格雷戈里奥马尼奥（San Gregorio Magno，Munno and Petrosino, 2007; Petrosino et al., 2019）等地发现了丰富的火山灰记录。最近从罗马以东约20公里的卡斯蒂廖内玛尔（Castiglione Maar）钻取的两个沉积岩芯中重建了一段长达131.37米的古湖泊沉积序列，涵盖了大约36.5万年的历史（Macrì et al., 2023，图1）。由于其地理位置和沉积环境，卡斯蒂廖内玛尔是研究第四纪第勒尼安海周边火山喷发活动的理想档案。该湖泊记录包含了超过60层宏观火山灰（Macrì et al., 2023），这些火山灰来自多个第四纪火山带，包括蒙蒂沃尔西尼（Monti Vulsini）、蒙蒂萨巴蒂尼（Monti Sabatini）、维科（Vico）、阿尔巴尼山（Colli Albani）、罗卡蒙菲纳（Roccamonfina）和拉蒂纳河谷中部（Media Valle Latina）。

本研究聚焦于卡斯蒂廖内玛尔序列的中部，即深度在58至83米之间的部分，时间跨度约为252至190千年前，大致对应于海洋同位素阶段7（MIS 7）（Macrì et al., 2023）。我们对17层宏观火山灰进行了全面分析，这些火山灰从几毫米厚的细粒灰层到数十厘米厚的细粒火山灰和火山碎屑交替层不等。我们的研究结合了岩石地层学、纹理学、矿物学和地球化学分析（单个玻璃碎片的元素组成），以及⁴⁰Ar/³⁹Ar年代测定和贝叶斯年龄-深度建模。

虽然近端的火山沉积物容易受到侵蚀、掩埋和破坏，但像卡斯蒂廖内玛尔这样的远端和中段沉积档案提供了更为完整和高分辨率的火山喷发记录。由于其战略性的地理位置和稳定的湖泊沉积环境，卡斯蒂廖内玛尔成为研究第勒尼安海周边火山喷发的理想档案。我们特别关注了MIS 7时期的沉积层，以填补火山学和古气候文献中的重要空白。这一时期的环境变化极为不稳定且复杂，但覆盖该时间窗口的连续高分辨率火山灰记录在中地中海地区相对较少。此外，MIS 7期间意大利关键火山中心的喷发历史，尤其是沃尔西尼（Vulsini）和萨巴蒂尼（Sabatini）地区的喷发历史仍不完整且存在争议。通过关注这一特定时期，本研究充分利用了卡斯蒂廖内玛尔的完整保存潜力，解决了喷发地层的争议问题，重建了更准确的火山历史，并为MIS 7时期的古环境重建提供了可靠的地质年代框架。

章节摘录

卡斯蒂廖内玛尔与AMUSED项目

卡斯蒂廖内玛尔是阿尔巴尼山火山复合体中的一个偏心爆炸坑，位于火山的北侧，距离罗马以东约20公里，距离第勒尼安海约35公里（图1）。年代学证据和地层学研究表明，该玛尔形成于一次喷发事件中，时间明显早于366千年前（Marra et al., 2003），即形成玛尔的维拉塞尼凝灰岩（Villa Senni ignimbrite）的年龄。最近的研究对其进行了进一步的年代测定

复合地层序列和火山灰采样

通过将两个钻孔中的标志层进行对比，重建了一个复合地层序列。该复合序列长131.37米，主要由层状细砂、粉砂和粘土组成，其间夹杂着火山灰层和丰富的火山碎屑沉积物（图2；Macrì et al., 2023）。我们在整个古湖泊沉积物中识别并采样了超过60层宏观火山灰。这些火山灰层从薄而细粒的灰层到数十厘米厚的细粒火山灰和火山碎屑交替层不等

岩石学、质地和玻璃化学成分

表1提供了TCm-11至TCm-27层火山灰的岩石地层学、沉积学和矿物学特征的基本描述。这些层按从浅到深的顺序排列。除了这些火山灰层外，还研究了MIS 7间冰期上方（TCm-10）或下方（TCm-35和TCm-42）的沉积序列中的三层补充火山灰，以更好地确定年龄-深度模型。

火山源和火山灰地层相关性

区分远端火山灰的具体来源通常具有挑战性，因为使用主要元素数据（如TAS、K₂O vs. SiO₂图）的传统分类方法往往不够精确。这是因为即使来自不同火山源的火山灰，其主要和次要氧化物成分也可能有显著重叠（Giaccio et al., 2017）。

最近的研究表明，火山玻璃中的氯（Cl）含量和CaO/FeO比值对于

结论与意义

卡斯蒂廖内玛尔保存的火山灰序列构成了地中海中部MIS 7时期火山喷发的无与伦比的高分辨率年代地层档案。这一序列作为第勒尼安海周边火山的关键参考层，得到了⁴⁰Ar/³⁹Ar地质年代学、玻璃地球化学和稳健的贝叶斯年龄-深度模型的支持。

我们的发现不仅证实了现有的区域火山灰框架，还对其进行了进一步完善

作者贡献

BS、GR和ADR构思了这项研究。BS负责野外采样、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱仪（EPMA）分析。GR和MP进行了激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）分析。GDV负责地质年代测定。BS、GR、ADR和GDV共同准备了图表。BS、GR和ADR撰写了原始稿件。所有作者参与了结果讨论、数据解释和手稿审阅。

资金支持

这项研究由意大利国家地球物理与火山学研究所的“环境部门”在AMUSED项目（一个关于地中海地区大陆和海洋档案中过去全球气候变化的多学科研究项目；https://progetti.ingv.it/it/amused）的框架下资助。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究是作为AMUSED项目（关于地中海地区大陆和海洋档案中过去全球气候变化的多学科研究）的一部分进行的，该项目由意大利国家地球物理与火山学研究所资助。IGG的Ar激光探针设施的建立得到了国家研究委员会（CNR）的财政支持。CO₂激光系统（ESL MIR10²）是在PNRR – “教育与研究”任务4 – “从研究到组成部分下获得的