重新研究兹马耶瓦茨黄土-古土壤序列：对潘诺尼亚盆地南部晚更新世气候过渡的多指标研究

《Quaternary International》：Reinvestigating the Zmajevac loess-palaeosol sequence: A multi-proxy study of Late Pleistocene climate transitions in the southern Pannonian Basin

　　

摘要

对Zmajevac黄土-古土壤序列的多次代理研究为了解晚更新世时期潘诺尼亚盆地南部环境动态提供了新的见解，涵盖了氧同位素阶段（OIS）6到2的时间段。通过结合高分辨率颗粒大小分布的成分数据分析、Helicopsis striata贝壳的稳定同位素（δ¹⁸O和δ¹³C）分析以及孢粉学数据，本研究重建了草原与森林-草原生态系统之间的转变。颗粒大小分析表明，中等粒度的粉砂（16–44 μm）在成分上最为稳定，而粘土（<16 μm）以及非常细到细砂（44–200 μm）则是风能变化最敏感的指标。OIS 5/OIS 4的过渡代表了风成作用最强烈的时期。稳定同位素数据显示，平均生长季温度比现代值（+21.7°C）低4.6–6.7°C，其中OIS 5是最温暖的时期，而OIS 2的上期是最冷的时期。尽管孢粉形态浓度较低，但在冰川期期间仍持续存在栎属（Quercus）、榛属（Corylus）和榆属（Ulmus）等落叶树种，这表明当地存在森林避难所。尽管在OIS 5间冰期和OIS 2冰川期最大值时这三种代理指标趋于一致，但在OIS 3、4和6期间观察到的脱钩现象揭示了生态系统对风成作用的时空响应复杂性。这些发现表明，需要采用综合的代理框架来解析欧洲黄土档案中的细微古环境历史。

引言

研究人员从多种类型的沉积物中研究了更新世的气候变化，包括石灰华（?zkul等人，2013年；Priestley等人，2018年）、洞穴沉积物（H?uselmann等人，2010年；Incarbona等人，2010年；Evans和Soreghan，2015年）、湖泊沉积物（Zanchetta等人，2013年；Galovi?等人，2009年），尤其是西欧和中欧的黄土（例如，Sümegi等人，2012年；Schatz等人，2014年；Meszner等人，2014年；Helmens，2014年；Zeeden等人，2016年；Markovi?等人，2018年，2023年；Radakovi?等人，2023年）。黄土是一种主要由粉砂颗粒组成的陆源碎屑沉积物，覆盖了欧亚大陆的广大区域（Pécsi，1990年；Haase等人，2007年；Lehmkuhl等人，2020年）。它通常与古土壤互层，形成黄土-古土壤序列（LPSs）。

欧洲的LPSs记录了晚更新世期间的多次气候波动和不同的环境，从类似苔原的景观到间冰期的森林（Rousseau，2001年；Antoine等人，2009年；Obreht等人，2017年；újvári等人，2017年）。

潘诺尼亚盆地的LPSs是理解晚更新世期间大西洋、地中海和大陆气候系统相互作用的关键陆地档案。虽然欧洲黄土带北部的高分辨率记录往往反映了直接的冰缘影响，但潘诺尼亚盆地的LPSs对气候变化的响应更为复杂。先前的研究揭示了明显的纬度梯度，其中潘诺尼亚盆地的地点通常保存了北方序列中缺失的温带生物信号（Obreht等人，2019年）。潘诺尼亚盆地的LPS沉积物的年代框架已通过多个地点的先期研究确定（Markovi?等人，2008年，2015年；Wacha和Frechen，2011年；Stevens等人，2011年；Fenn等人，2020年），其中一个地点是位于潘诺尼亚盆地南缘的克罗地亚Baranja地区的Zmajevac（Galovi?等人，2009年；Wacha等人，2021年，图1）。

尽管在Zmajevac遗址进行了数十年的研究（Galovi?等人，2009年；Molnár等人，2010年；Banak等人，2012年，2016年；Wacha等人，2021年；Poch等人，2024年），关于氧同位素阶段（OIS）转变的性质和局部微避难所的稳定性仍存在一些基本问题。早期对稳定同位素的研究建立了环境变化的框架。然而，需要将高分辨率生物指标与尘埃传输的物理动态相结合的方法，才能解决潘诺尼亚盆地LPSs的时空复杂性。

在这项研究中，我们展示了对Zmajevac LPS顶部12米层的高分辨率重新分析结果，涵盖了OIS 6到OIS 2的时期。我们提供了来自陆生腹足类动物Helicopsis striata（O. F. Müller，1774年）的新稳定同位素数据（δ¹⁸O和δ¹³C），这些数据可以作为局部尺度上的生长季温度和湿度的代理指标。为了补充这些发现，我们应用了成分数据分析（CoDa）方法来处理Wacha等人（2021年）最初提供的颗粒大小数据集。虽然颗粒大小分布已经发表，但我们的工作提供了新的统计解释，重点关注OIS转变强度的建模，这是先前研究未涉及的方面。

通过整合这些代理指标，我们旨在重建晚更新世时期现今克罗地亚东部地区的平均生长季（AGS）温度，并利用稳定同位素（δ¹⁸O和δ¹³C）和孢粉学数据来区分区域风能信号和局部环境条件。

这种多代理方法能够更精确地评估潘诺尼亚盆地南部对晚更新世快速气候波动的响应，与其更广泛的欧洲背景相比。

章节摘录

地质背景

Baranja地区的地质特征主要是更新世和全新世的沉积物，其中包含一些中新世的火成岩、石灰岩和泥灰岩露头（Pikija等人，1991年）。全新世沉积物由冲积砾石、砂和粉砂组成，形成于沼泽环境中。更新世沉积物主要是黄土、类黄土沉积物（或黄土衍生物）以及古多瑙河泛滥平原沉积物（Pikija等人，1991年）。巴兰贾地区的黄土及其衍生沉积物构成了...

野外研究

野外调查（图3，图4）于2016年在之前研究过的黄土剖面上进行（Galovi?等人，2009年；Molnár等人，2010年；Banak等人，2012年，2016年；Wacha等人，2021年；Poch等人，2024年）。该剖面的总厚度约为28米。在这项研究中，我们仅使用了剖面的上部12米，因为其中含有足够的软体动物化石。选取了五个较小的采样段（A、B、C、D和E）。

野外调查包括...

颗粒大小分布

数据集的中心部分显示在表1中，变化矩阵显示在表2中。成分散点图显示在图5中。

根据描述性统计，将<5.5 μm和5.5-16 μm的颗粒组合为一个变量<16 μm，将44-63 μm和63-200 μm的颗粒组合为一个变量44-200 μm。然后将这些组合的颗粒与16-44 μm的颗粒一起用于建立模型。模型的图形表示显示在图5中。

模型参数显示在...

颗粒大小分布

本研究中分析的颗粒大小数据最初由Wacha等人（2021年）提供，并使用端元建模（EMM）进行解释。在这里，使用CoDa方法重新分析了同一数据集。这两种方法分别从不同的角度处理了数据。EMM将颗粒大小分布划分为反映沉积物来源和传输过程的子群体，而CoDa框架量化了相邻OIS之间成分变化的幅度和统计显著性。

结论

对Zmajevac黄土-古土壤序列的多次代理研究为了解晚更新世时期潘诺尼亚盆地南部环境动态提供了新的见解。通过整合来自Helicopsis striata贝壳的新稳定同位素数据（δ¹⁸O和δ¹³C）以及颗粒大小记录的成分数据分析，本研究得出了几个关键发现。

颗粒大小成分分析表明，中等粒度的粉砂（16-44 μm）在成分上最为稳定...

作者贡献声明

Adriano Banak：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原始草稿，可视化，监督，方法学，调查，形式分析，概念化。Danijel Ivani?evi?：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原始草稿，可视化，方法学，调查，形式分析。Koraljka Bakra?：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原始草稿，方法学，形式分析。Lara Wacha：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原始草稿，可视化，方法学，...

利益冲突声明

作者声明没有已知的竞争性财务利益会影响本文报告的发现。

致谢

本研究得到了克罗地亚科学基金会（HRZZ）在项目4425下的支持。我们感谢审稿人的意见和建议，它们极大地改进了之前的手稿。

Adriano Banak|Danijel Ivani?evi?|Koraljka Bakra?|Lara Wacha

克罗地亚地质调查局，地质学系，Sachsova 2号，萨格勒布，HR-10000，克罗地亚