地中海盆地末次间冰期相对海平面年代学：来自意大利南部Grotta del Diavolo的新数据

《Quaternary Science Reviews》：The chronology of the Last Interglacial relative sea-level in the Mediterranean Basin: New data from Grotta del Diavolo (Southern Italy)

　　

全球海平面上升是全球变暖的主要关注点之一。这种上升是由海水热膨胀和陆地冰融化引起的。在气温上升的情景下，全球海平面上升的定量预测受到冰盖行为不确定性的限制。因此，有必要研究地质记录以收集可用于测试和改进模型的观测结果。末次间冰期（LIG；大致对应于海洋同位素阶段（MIS）5e，约128-118千年（ka，相对于公元1950年））是时间上最近的一个间冰期，其特征是温室气体值高于全新世工业化前水平。它还具有更高的温度、更高的相对海平面（RSL）和更小的冰盖范围。因此，它代表了当前变暖情景的一个良好类比，尽管不完美。尽管LIG RSL高海平面的地质痕迹和指标在全球沿海地区广泛分布，但通过时间的定年和RSL重建产生了有争议的结果。同样，地中海沿岸通常显示出地貌证据，如凹槽、海岸平台、阶地和LIG高海平面的浅海沉积物。然而，LIG沉积物通常因构造效应而被抬升至不同高度，其年代学约束较差且常有争议。因此，地貌标志或沉积物被交替归因于LIG严格意义（例如MIS^5e）或MIS 5内部的其他RSL振荡（MIS^5a或MIS^5c），或与更老的间冰期高海平面混淆。意大利南部的普利亚地区保存了与LIG相关的关键海岸海洋沉积物证据，一些沉积序列已被提议作为上更新世边界的潜在层型。许多剖面已使用不同方法进行了定年，但LIG的精确年代学难以捉摸，且与当前冰川均衡调整（GIA）模型的比较具有挑战性。许多普利亚LIG沉积序列在海岸洞穴中保存完好。在低破坏性洞穴环境中，浅海海岸沉积物常与洞穴次生碳酸盐岩交替出现。后者可以使用U/Th方法精确准确地定年，从而约束RSL位置。尽管定年的洞穴次生碳酸盐岩并不直接代表海洋沉积物的年龄，但它们严格指示了相对海平面重建可能序列中的上部陆地限制点。因此，定年洞穴次生碳酸盐岩序列已成功帮助约束了海洋沉积物和海平面指标的年龄。在这项工作中，研究人员展示了在普利亚Grotta del Diavolo采集的洞穴次生碳酸盐岩的新U/Th定年结果。这使得研究人员能够改进意大利南部以及整个地中海中部地区的LIG年代学。新数据集还允许与为该地区进行的GIA模型输出进行比较，突出了研究人员在参数化全球到局部RSL模型时应考虑的一致性和不一致性。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
全球变暖导致海平面上升，其定量预测受冰盖行为不确定性限制，因此需借助地质记录测试和改进模型。末次间冰期（LIG，对应海洋同位素阶段MIS^5e，约128–118 ka）是最近一次温室气体浓度高于全新世工业化前水平的温暖期，具有更高温度和更高相对海平面（RSL），是研究未来变暖情境的重要类比。然而，LIG高海平面的年代学在全球范围内存在争议，地中海沿岸虽保留大量地貌证据（如凹槽、海岸平台、阶地），但受构造抬升影响，沉积物定年结果常不一致，且与冰川均衡调整（GIA）模型预测存在偏差。意大利南部普利亚地区保存了关键LIG海岸沉积序列，但精确年代学仍未解决。研究人员Ilaria Isola等（论文发表于《Quaternary Science Reviews》）通过重新分析Grotta del Diavolo洞穴的沉积序列，利用U/Th定年约束RSL，旨在改进LIG年代学并与GIA模型比较。

**关键方法**
研究人员采用以下核心技术：1）**U/Th定年**：利用多接收器电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）分析洞穴次生碳酸盐岩（流石）的²³⁰Th/²³⁸U比值，获得高精度年龄（误差0.5–1.0%），样本来自Grotta del Diavolo（意大利南部普利亚，Santa Maria di Leuca）。2）**岩石学分析**：通过薄片和扫描电镜（SEM）观察海洋沉积物（钙质砂岩）的微观结构，鉴定生物碎屑和胶结类型，确认为海滩沉积。3）**高程测量**：使用Trimble R10 GNSS和气泡水准仪测量样品高程，以当地生物平均海平面指标为基准，误差±0.1 m。全部样本取自同一洞穴的已知地层剖面，原始数据来自Mastronuzzi等（2007）的野外调查。

**研究结果**

**1. 新年龄约束**
新U/Th定年数据（表2）显示，基底流石年龄为~139±0.8至~130±0.9 ka，表明下伏海洋砾石层形成于LIG之前（前MIS^5e）。钙质砂岩层上覆流石底部年龄为~103±0.6 ka，下伏流石顶部年龄为~131±1.3 ka，因此海洋沉积发生在~131–103 ka之间，对应于LIG高海平面。上覆流石顶部年龄为~81±0.9 ka，表明LIG高海平面在~103 ka之前已结束。

**2. 海洋沉积物特征**
薄片分析确认钙质砂岩为海滩沉积，由分选良好的中粗砂组成，富含生物碎屑（>90%，包括红藻、双壳类、有孔虫等），底部块状、上部具细纹层；胶结物为泥晶，存在新月形胶结，指示潮间带或淹没海滩环境。该沉积层被夹在流石之间，说明其形成于海平面上升期间。

**3. 海平面历史**
结合年龄约束，可推断：约130 ka时，RSL低于+2 m a.s.l.（当前海平面以上）；LIG高海平面在~130 ka之后达到，于~103 ka之前退却。该区域后续未发现MIS^5c或MIS^5a的海平面证据，表明LIG高海平面是唯一的主要海洋事件。新数据与意大利南部其他洞穴（如Grotta di Infreschi、Grotta delle Capre）的U/Th年龄一致，暗示LIG高海平面持续约6 ka（~129–123 ka）。

**4. 与GIA模型比较**
将新数据与ANTONIOLI等（2018）的GIA模型（ANICE-SELEN）对比，发现LIG高海平面发生时间早于模型预测。模型预测高海平面峰值在~123–120 ka，而新数据和区域珊瑚年龄（²³⁰Th/²³⁸U定年，De Santis等，2024, 2026）表明高海平面出现于~128–127 ka，与Rohling等（2019）的RSL曲线一致。这表明区域构造稳定性和冰川均衡调整需重新参数化。

**结论讨论**
研究总结认为，Grotta del Diavolo的重新分析确认了Mastronuzzi等（2007）的地层框架，并通过高精度U/Th定年显著改进了LIG年代学。基底海洋砾石层属前LIG（可能为MIS⁶或更早），钙质砂岩层为LIG高海平面沉积，约束了RSL在~130 ka时低于+2 m，高海平面持续至~103 ka之前。区域LIG高海平面早于GIA模型预测（ANTONIOLI等，2018），强调需要更多高质量U/Th数据以最终约束RSL曲线及其内部振荡。意大利南部海岸洞穴是达成这一目标的不可替代的档案。