从东南非洲红树林重建的公元时期海平面变化

《Marine Geology》：Common Era sea-level changes reconstructed from a mangrove in Southeast Africa

　　

这是首次基于红树林的南非东海岸公元时期（Common Era）相对海平面（RSL）重建，该地点为远场位置，有助于增加全球范围内公元时期RSL数据的分布。姆加扎纳（Mngazana）河口是一个永久性开放的小型河口，拥有南非最大的红树（Rhizophora mucronata）群落。姆加扎纳的潮间带植被按高程垂直分带，红树林分布于平均海平面（MSL）略上方至大潮平均高潮位（MHWS）略下方之间。研究人员利用现代红树林植被的垂直范围和硅藻组合分析来生成RSL估算值。研究人员还开发了经典和贝叶斯转移函数模型，但化石硅藻保存较差，无法使用这些模型重建晚全新世RSL。研究人员重建了约公元1050年时RSL比现在低约0.7米，并在过去一千年中上升至现今水平。与姆加扎纳的RSL数据相反，冰川均衡调整（GIA）模型显示过去约1500年间RSL略有下降。姆加扎纳缺乏过去一千年中RSL下降的证据，表明该区域主导RSL收支的过程目前未被GIA模型所捕捉。

论文解读：东南非洲红树林记录的公元时期海平面变化

全球分布的海平面记录对于理解公元时期（Common Era，过去2000年）海平面变化的全球格局和驱动机制至关重要。然而，南半球高质量的相对海平面（RSL）重建记录数量稀少，非洲沿海尤其匮乏，这限制了对全球冰量变化和区域海平面驱动因素的认识。为了弥补这一数据空缺，研究人员选择南非东海岸姆加扎纳（Mngazana）河口开展研究，该地拥有南非最大的红树（Rhizophora mucronata）群落，是典型的远场位置，有助于增加南半球和非洲的公元时期RSL数据集。该研究旨在建立首个基于红树林的南非东海岸公元时期RSL重建记录，并与冰川均衡调整（GIA）模型预测进行对比，以探讨该区域海平面变化的驱动机制。研究成果发表于《Marine Geology》。

研究人员系统采集了姆加扎纳河口的现代表层沉积物样品（42个）和一根长164厘米的岩芯（MNGZ-24-C4），通过压力传感器和水准测量确定样品及植被高程。关键技术方法包括：基于红树林植被上下限测量的“红树林指示意义”建立；现代与化石硅藻组合分析；烧失量（LOI）和碳酸盐含量测定；X射线荧光（XRF）岩芯扫描；对选定深度有机质组分进行AMS¹⁴C测年，并利用rBacon包建立贝叶斯年龄-深度模型；同时开发了加权平均偏最小二乘（WA-PLS）和贝叶斯转移函数（BTF）模型，并通过现代类比技术（MAT）和非度量多维尺度分析（NMDS）评估化石样本与训练集的相似性；最后使用ICE-6G和ANU两种冰历史模型进行GIA模拟。

研究结果如下：

现代硅藻和有孔虫组合及其分带：对42个现代表层样品的分析显示，硅藻组合按高程明显分带，盐度耐受性随高程变化，多盐种（polyhalobian）Achnanthes sp.在平均海平面（MSL）以下占优，中盐种（mesohalobian）在红树林带内主要出现，寡盐种和嗜盐种则分布于高处的裸地及盐沼带。PAM聚类分析识别出三个现代硅藻组合，分别对应潮沟、潮间带中上部和高潮位以上区域。有孔虫也表现出从钙质壳主导向胶结壳主导的过渡，该过渡发生在红树林植被带内。

现代植被与指示意义建立：植被高程测量表明，红树林带介于MSL以上至大潮平均高潮位（MHWS）以下，红树林下限约在MSL以上0.13米，上限约0.69米，指示范围（Indicative Range）为0.56米。基于红树林上下界和硅藻物种丰度加权平均法，建立了河口特异性的红树林指示意义和由三种硅藻物种（Diploneis smithii、Nitzschia compressa、Nitzschia sigma）组成的硅藻指示意义。

化石地层：岩芯C4底部为有机粉砂质砂，向上过渡为含红树纤维树皮的深灰棕色粉砂质黏土，顶部为富含根纤维的暗棕色粉砂质黏土。基于红树皮碎片、高LOI值和高钛（Ti）相对强度，顶部约96厘米被判定为红树林沉积，以下为低潮间带河口沉积。

化石微体化石组合与分带：岩芯中硅藻保存较差，物种多样性远低于现代，主要由耐受性强的多盐种Paralia sulcata和中盐种Giffenia cocconeiformis主导。PAM聚类显示三个化石组合，但被认为反映了选择性保存而非环境变化。有孔虫分析显示，仅98厘米以上含胶结壳有孔虫（如Trochammina inflata和Miliammina fusca），表明该深度可能对应红树林环境的下限。

岩芯年代学与年龄-深度模型：基于九个AMS¹⁴C测年结果，rBacon年龄-深度模型显示沉积序列约始于公元500年，早期平均沉积速率约6毫米/年，约1300年后增至约12毫米/年，沉积速率变化与硅藻保存变化深度一致。

古红树林表面高程、RSL重建与GIA模型：利用红树林植被和硅藻组合两种独立方法重建的古红树林表面高程（PMSE）和RSL结果一致，显示约公元1050年RSL比现在低约0.7米（±0.28米），随后在最近一千年中上升至现今。而三种GIA模型预测均显示同一时期RSL缓慢下降，与重建结果明显矛盾。

转移函数开发与应用于化石岩芯：WA-PLS模型和BTF模型均表现出良好的现代性能（R2分别为0.93和0.98；RMSEP分别为0.05米和0.07米），但化石硅藻样本与现代训练集缺乏可靠类比，MAT分析显示没有样本落入第5或第10百分位阈值内，NMDS投影也显示所有化石样本均落在现代组合之外，因此两种转移函数均无法用于定量RSL重建。

讨论部分指出，红树林沉积中硅藻的溶解和选择性保存是制约微体化石定量重建的主要原因，但定性重建仍可提供可靠信息。姆加扎纳的重建结果与约200公里外卡里加（Kariega）河口盐沼记录一致，均显示晚全新世RSL持续上升。GIA模型预测的下降趋势与该区域数据不符，表明其他过程（如区域垂直陆地运动或与阿古拉斯洋流相关的稳态动态效应）可能主导了该区域的RSL收支。姆加扎纳的地貌演化也支持晚全新世RSL上升或稳定的模式。

研究结论可概括为：第一，姆加扎纳现代潮间带植被和硅藻均按高程分带，有孔虫组合在红树林带内由钙质壳主导过渡为胶结壳主导。第二，岩芯记录了约公元800年以来的连续沉积，但微体化石丰度和多样性随深度下降，红树林沉积的判定依据红树皮碎片、高LOI、高Ti强度和胶结壳有孔虫的存在。第三，基于红树林和硅藻指示意义重建的RSL在约公元1050年低于现在0.7米，随后上升至现今，整体呈上升趋势。第四，WA-PLS和BTF转移函数均性能良好，但化石与现代组合缺乏类比，导致定量重建不可靠。第五，GIA模型预测的过去约1500年RSL下降与重建结果不符，表明该区域晚全新世RSL收支可能主要受非冰川均衡调整过程（如与阿古拉斯洋流相关的稳态动态效应）控制。