晚冰期以来里海水气候演化：来自深海岩心 7 号的亚百年尺度多代用指标记录

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Hydroclimatic evolution of the Caspian Sea since the Late Glacial: a sub-centennial multi-proxy record from deep-sea Core 7

　　

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  亚百年尺度的δ¹⁸O记录揭示了里海主要的水文气候转变。
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  霍瓦尔尼安高水位期伴随着淡水径流的增强。
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  全新世期间蒸发作用主导了里海的水量平衡。
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  黏土矿物暗示了卡马河的输入以及阿姆河可能存在的贡献。

引言

里海是世界最大的内陆水体，对水文气候变化极为敏感。作为一个封闭盆地，它对区域和全球气候变化的响应直接且往往迅速。其水源来自河流径流和降水，而损失主要通过蒸发发生。因此，水量平衡组分中的微小变化就可能引发水位和盐度的显著变化 (Kislov et al., 2014; Svitoch and Makshaev, 2017; Yanina, 2012, Yanina, 2014; Yanina et al., 2018)。这种敏感性因盆地巨大的表面积而放大，这使得蒸发成为控制其水文的主导因素之一，同时也因其依赖几条主要河流系统——尤其是伏尔加河 (Arpe and Leroy, 2007)。现代河流入里海水量高度不对称。在主要支流中，伏尔加河约占总径流量的87%，而乌拉尔河贡献约3%，高加索河流（库拉河、捷列克河、苏拉克河和萨穆尔河）合计约10%。陆源沉积物供给分布差异显著：伏尔加河仅贡献约17%的总固体沉积物径流量，而高加索河流占约74% (Mikhailov, 2013)。此外，里海水团结构受盆地北部淡水流入、中南部高蒸发以及密度驱动的内部环流相互作用的影响。因此，改变降水和蒸发模式或调节河流径流的气候波动有可能破坏这种平衡。

现代里海以半咸水条件为特征，中里海和南里海盆地的盐度通常在12.5–13.5 ‰左右，且在50米以下变化相对较小，那里水温保持相对稳定 (Tuzhilkin et al., 2005)。这些条件加上盆地的长期隔离，反映在其独特的水生生物群中，并限制了一些常规海洋古环境指标的使用。里海缺乏浮游有孔虫，而底栖有孔虫仅限于浅水环境，且通常不存在于深水环境 (Boomer et al., 2005)。

在整个晚更新世和全新世期间，里海水位经历了超过100米的波动 (Rychagov, 1993; Svitoch, 2009, Svitoch, 2011; Yanina et al., 2021)。这些变化极大地影响了海岸地貌、生物多样性以及黑海 - 里海盆地的连通性 (Krijgsman et al., 2019; Wesselingh et al., 2019; Yanina, 2020; Yanina et al., 2025)。

深水沉积岩芯提供了重建里海古环境历史最全面的记录。然而，只有少数这些岩芯得到了详细研究 (例如 Escudié et al., 1998; Chalié et al., 1997; Ferronskii et al., 1999; Kuprin and Pirumova, 2002; Leroy et al., 2013, Leroy et al., 2014, Leroy et al., 2018, Leroy et al., 2019; Boomer et al., 2005; Tudryn et al., 2014; Berdnikova et al., 2022; Tkach and Tkach, 2025)。尽管有这些进展，几个关键问题仍未解决，包括河流径流和蒸发在驱动里海水位变化中的相对作用、突发性水文气候重组的时间和幅度，以及随时间变化的淡水主要来源的变化。这些不确定性因数量有限且结合同位素、地球化学和沉积物来源指标的深水记录而加剧。来自深水档案的高分辨率稳定同位素记录，特别是δ¹⁸O，在重建淡水输入和蒸发变化方面发挥着核心作用。当与其他互补指标（如硅藻组合、粒度分析、总地球化学和黏土矿物数据）一起解释时，稳定同位素数据能提供更为细致的古地理图景。这种多指标方法加强了古环境解释，并使得能够对里海盆地不同深水岩芯中的记录进行比较和相关，有助于在更广泛的区域框架内界定局部观测。连续的δ¹⁸O记录可以为里海进积 - 退积循环的时间、幅度和驱动因素提供重要见解，以及这些循环与气候变化的关系。

选择这些指标是因为它们记录了里海环境系统的互补组成部分。介形虫δ¹⁸O反映影响盆地水体的水文气候变化，而硅藻组合则限制生态条件。粒度和地球化学数据表征沉积物输送和沉积条件；黏土矿物组合提供沉积物来源信息。共同而言，这些指标有助于区分水文变化与沉积物来源、运输和沉积的偏移。

在此，我们基于7号岩芯（位于中里海盆地中部，图1）的新多指标数据集，提出了一项全面的古环境重建。尽管该岩芯此前曾分析过甲藻囊胞 (Leroy et al., 2019)，但沉积物档案中保存的其他古环境信息仍未被探索。

我们的目标是：(1) 生成来自介形虫壳的高分辨率δ¹⁸O记录，并评估其在重建淡水输入和蒸发方面的意义；(2) 检查硅藻组合及其生态偏好，以细化盐度和营养水平解释；(3) 表征粒度和总地球化学变异性，作为沉积物运输过程和盆地尺度环流的指标；(4) 将所有指标记录整合成连贯的古环境重建，并与现有解释进行比较；以及 (5) 评估重大水文气候重组的证据。

共同而言，这些数据提供了对驱动里海动力学的机制的独立评估。通过将这些指标与新的贝类壳 AMS ¹⁴C 测年相结合，我们建立了改进的年代模型，提供了对里海从晚冰期到全新世大部分时期演化的新见解。

章节摘要

材料

沉积岩芯7于2010年在什尔绍夫海洋研究所的一次航行期间，利用重力取芯器从里海中槽中央部分 (41.82° N, 50.40° E) 水深749米处采集。钻孔点位于槽内的平坦区域，与之前研究的来自里海深部的岩芯（例如 Chalié et al., 1997; Ferronskii et al., 1999; Tkach and Tkach, 2025）相比，提供了更有利的地貌设置。7号岩芯长606厘米

年龄 - 深度模型

在之前的研究中，Leroy 等人 (2019) 构建了7号岩芯的年龄 - 深度模型，未使用直接的放射性碳测年，因为总样 ¹⁴C 测年结果不一致。相反，他们将7号岩芯的花粉和甲藻囊胞地层学与附近测年良好的深水岩芯 GS18 和 GS05 进行对比。确定了十六个控制点，其中主要花粉更替 (12个) 和甲藻囊胞变化 (4个) 与参考岩芯相对应。这些控制点提供了深度 - 年代锚点，随后被用于

δ¹⁸O变异性控制因素

在像里海这样的大型内流盆地中，δ¹⁸O反映了多种水文过程的综合影响。其同位素组成受降水和河流入流的δ¹⁸O、河流径流的同位素组成、蒸发富集以及盆内水的滞留时间和混合的影响。这些因素的主导相对性可能随时间变化。因此，在考虑到已知研究物种的生理偏移 (图10) 后，解释

结论

7号岩芯的多指标记录提供了过去约25 kyr里海水文气候变化的重建，突出了气候驱动的水文过程在控制盆地动力学中的主导作用。

在晚冰期，δ¹⁸O的变化主要由淡水输入控制，大约在17.5 cal yr B.P.时出现显著下降，反映了河流径流的增加。这一时期与霍瓦尔尼安

CRediT作者贡献声明

A.A. Tkach: 撰写 - 审阅与编辑，撰写 - 原稿，监督，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，形式分析，数据管理，概念化。 N.T. Tkach: 撰写 - 原稿，可视化，验证，方法论，调查，形式分析，概念化。 E.I. Lysenko: 方法论，调查，形式分析。 T.I. Tikhonova: 方法论，调查，形式分析。 R.E. Musaelyan: 方法论，

未引用参考文献

Li et al., 2020

Yablonskaya, 1985

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能影响本论文报告的工作。

致谢

本研究由 RSF（俄罗斯科学基金会） 项目 № 24-77-00011 支持。我们要感谢 A.G. Roslyakov 慷慨提供 7 号岩芯材料，感谢 G.V. Kovaleva 在识别某些硅藻物种方面提供的协助。

A.A. Tkach|N.T. Tkach|E.I. Lysenko|T.I. Tikhonova|R.E. Musaelyan|D.D. Mironov|Y. Cuan|H. Zhao|P. Cheng|Y.H. Zheng|X. Hou