大堡礁边缘系统对重大环境变化的响应演变：IODP第325次考察的综合研究

《Marine Geology》：Evolution of the Great Barrier Reef shelf-edge system in response to major environmental changes: A synthesis of IODP expedition 325

　　

Jody M. Webster | Yusuke Yokoyama | Marc Humblet | Juan Carlos Braga | Thomas Felis | Kazuhiko Fujita | Gustavo Hinestrosa | ángel Puga-Bernabéu | Eberhard Gischler | Alisha M. Thompson

澳大利亚新南威尔士州悉尼大学地球科学学院，Geocoastal Research Group，邮编2006

摘要

我们回顾了IODP第325次考察（大堡礁环境变化研究）的科学成果及其贡献，该考察旨在解答关于全球海平面变化、古气候变率以及珊瑚礁在过去3万年间对这些变化的响应等基本问题。大堡礁位于热带地区，远离冰盖，是实现这些研究目标的理想地点。第325次考察使用专用钻探平台（RV “Greatship Maya”）在浅海大陆架边缘和上部斜坡进行钻探，采集了多种珊瑚礁框架和碎屑岩相样本，从而获得了关于相对海平面变化、古气候指标及古生态学数据的可靠记录。尽管面临机械故障、复杂的钻探条件以及恶劣天气等挑战，考察团队仍成功在46至170米水深范围内采集了总计225米的岩芯（回收率为26%）。这些数据为我们提供了关于从海洋同位素阶段3（MIS 3）到MIS 2期间海平面下降过程的新见解，以及冰消期海平面上升的详细信息，包括末次冰盛期（LGM）的具体特征、时间范围及影响机制。来自化石Isopora的古气候指标（Sr/Ca、δ¹⁸O）有助于推断过去的海表温度（SST），并揭示了冰消期珊瑚礁的响应情况，特别是在年轻干期（YD）期间的近现代气候变暖现象。此外，珊瑚骨骼中的δ¹³C变化表明区域海洋环流发生了显著变化，例如末次冰盛期东澳大利亚洋流（EAC）的减弱，以及由于大陆架淹没导致的碳循环变化；同时，1.3万年前还形成了广泛的“原始屏障”珊瑚礁系统。通过分析第325次考察获得的地质年代学（U/Th、¹⁴C加速器质谱法（AMS）测年）、岩石物理学（物理性质、井下伽马射线探测）、沉积学（微相、微生物岩）、古生态学（珊瑚、藻类及大型底栖有孔虫）及地球物理数据，我们记录了大堡礁在过去3万年间对这些环境变化的响应过程。在最后一次冰期（约2.05–2.07万年前），随着海平面降至最低，珊瑚礁向海方向迁移；随后在冰消期（约2.0–1.0万年前）随着大陆架淹没和海表温度上升，珊瑚礁又向陆地方向扩展。珊瑚礁的生长过程中经历了五次毁灭性事件，原因可能是：（1）在海平面下降期间珊瑚礁暴露于空气中；（2）由于海平面上升过快（加之水质恶化）导致珊瑚礁缺氧，从而加剧了珊瑚礁的压力，表现为珊瑚礁群落结构、垂直堆积方式及宏观生物侵蚀作用的显著变化。约1万年前，随着海平面继续上升，更多大陆架区域被淹没，珊瑚礁再次遭受破坏，“原始屏障”珊瑚礁系统随之消失。大陆架边缘浅水区与深水区（中光层）珊瑚礁群落之间的高度时空连通性使得珊瑚礁生态系统能够快速、大规模地发生侧向迁移——这种机制在之前的冰期-间冰期循环中也曾出现过。其中一个钻孔的沉积记录揭示了过去两个冰期-间冰期循环中，海平面变化、气候变率及沉积过程对浅海碳酸盐沉积的影响。总体而言，第325次考察不仅揭示了大量关于过去海平面、气候和环境变化的重要信息，还为了解大堡礁在过去3万年间对这些变化的响应机制提供了关键的新见解。