南极普里兹湾海域表层沉积物孢粉分布特征及其来源分析

陈金霞 陈志华 石学法 徐进

0 引言

南极地区由于其独特的地理位置、环境和气候，成为全球变化的敏感区域，是研究全球变化的重要地区。孢粉分析通过独特的视角对地质历史上物种的散播、植物群落和生物群系的起源、发展和进化以及植被对气候的响应等生态过程进行了描述，是研究全球变化的有利手段。然而，只有精确定义孢粉源区、确切了解孢粉的传播动力和途径才能正确解释地层中的孢粉组合。但是，研究发现不同形态和密度的花粉在海洋沉积物中有着不同的分布格局［1］，南极海域沉积物中更是存在较多再沉积孢粉［2］，使得该区花粉分布的控制因素变得更为复杂。因此，我们选取了中国第24次南极科学考察时在普里兹湾所获取表层样中的9个站位进行孢粉分析，以期探索南极普里兹湾海区花粉来源、分布格局和传播特点。

1 材料和方法

本文选择中国第24次南极科学考察时在普里兹湾所获取的表层沉积物中的9个样品进行孢粉分析（取样位置见图1），海底表层沉积样品由箱式取样器采集，刮取最表层（～1 cm）的沉积物用作花粉分析。本次研究所分析样品取样水深为402—850 m，沉积物按粒度类型来看，主要为含砾粉砂，其次为粉砂质黏土、含粉砂黏土和含砂粉砂；按成因来看，为混合副冰碛物。

样品分析处理按常规孢粉萃取程序操作。取适量沉积物（由于样品量有限，所分析样品最多不超过10 g），烘干、称重；加入15%盐酸除去样品中的钙质，再加入40%氢氟酸除去样品中的硅质；将样品放在超声波发生器中振荡，用孔径10μm尼龙筛过滤，将处理干净的样品制成薄片。每个站位样品制片4块于镜下鉴定统计。孢粉鉴定时主要参考了《中国孢粉化石》［2-3］和南极地区孢粉相关资料［3-11］。

图1 普里兹湾分析样品站位图（修改自文献［12］）Fig.1.Locations of sampling in Prydz Bay（modified from reference［12］）

2 孢粉分布特征

普里兹湾海域表层沉积物中，虽见有大量耐酸蚀微植物有机质颗粒，特别是分类归属不明的孢囊，在 IS-2、P4-13、P4-12、P4-11和 P3-14等几份样品中大量出现，但是每份样品中孢粉含量均不高。虽然每个样品几乎都看完底样，但仍不足统计数量。该区样品中的孢粉颗粒由现代沉积孢粉和再沉积孢粉共同组成，现对这两类孢粉的分布特征进行分别描述。

现代沉积孢粉 镜下的鉴定特征标志为浅色、无明显压扁现象，成分可与现代沉积孢粉属种对比。在本文所分析的每份样品中均可见，数量均极少。孢粉类型除了草本植物禾本科（Gramineae）、藜科（Chenopodiaceae）、菊属（Asteraceae）、蒿属（Artemisia）外，还有一些松科（Pinaceae）、金合欢属（Acacia）、桑寄生科（Loranthaceae）花粉和蕨类孢子（图2）。无明显分布规律。

再沉积孢粉 镜下的鉴定特征标志为深褐色至棕黑色，孢粉体极度压扁，呈扁平或片状，外壁残破保存不全，或外壁纹饰不清［12］。在本文所分析的全部站位中均可见，数量比现代沉积孢粉多。孢粉类型以木本植物花粉为主，蕨类孢子次之，草本植物花粉含量最少（详见表1）。木本植物花粉中主要的优势种属为双束松粉属（Pinuspollenites Raatz，1937）、雪松粉属（Cedripites Wodehouse，1933）、罗汉松粉属（Podocarpidites Cookson，1947 ex Couper，1953 emend.Potonie，1958），此外，还有少量云杉粉属（Piceapollis Krutzsch，1971）、铁杉粉属（Tsugaepollenites Potonie et Venitz，1934 ex Potonie，1958）、南洋杉粉属（Araucariacites Cookson，1947）、山毛榉粉属（Faguspollenites Raatz，1937）、胡桃粉属（Juglanspollenites Raatz，1939）和麻黄粉属（Ephedripites Bolchovitina，1953 ex Potonie，1958 emend. Krutzsch，1961）等；藜粉属是草本植物花粉的主要种属；水龙骨单缝孢属（Polypodiaceaesporites Thiergart，1938 ex Potonie，1956）在蕨类孢子中含量相对较多（图3）。

再沉积孢粉的分布情况是：

（1）样品P4-11中再沉积花粉粒数最多，样品N08-2、IS-5、P4-13、P4-12中粒数次之，粒数最少的为样品 IS-9、IS-2、P3-14和 N08-4。

（2）从组分上看，样品 IS-2、IS-5、IS-9和 P3-14中木本植物花粉比较缺乏；样品N08-2、P4-13、P4-12、P4-11和N08-4中木本植物花粉相对较丰富，并且在这5份样品中，再沉积蕨类孢子含量呈现近岸含量低，随着离岸距离增加，含量先逐渐增加，之后又逐渐降低的基本态势；再沉积松类花粉呈现近岸含量较低，远岸含量较高的特点。

表1 样品中的再沉积孢粉种类及数量Table 1.Results of the redeposit sporopollen analysis of the sedimentary samples

图2 现代沉积孢粉说明.所有标本和照片均保存在海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室，所有标本均放大1 000倍.（a）Pinus（松属），登记号：P4-12-1；（b）Podocarpus（罗汉松属），登记号：P4-12-1；（c）—（d）Chenopodiaceae（藜科），登记号：N08-2-1；（e）Asteraceae（菊科），登记号：N08-2-1；（f）Artemisia（蒿属），登记号：N08-2-1Fig.2.Illustration ofmodern pollen.All specimens illustrated here are preserved at the Laboratory of Marine Sedimentology and Environmental Geology，First Institute of Oceanography，State Oceanic Administration.All figures of spores and pollen are at a magnifyication of1 000 X

3 讨论

3.1 现代沉积孢粉来源

南极大陆寒冷干燥，95%以上的面积被平均厚度约为2 350 m的冰雪所覆盖，只有在南极大陆边缘区域有季节性的岩石出露。南极恶劣的自然环境决定了南极植被的组成比较简单，南极大陆上的植被主要为地衣和苔藓，维管植物只有南极发草（Deschampsia antarctica）和南极漆姑草 （Colobanthus quitensis）两种［13］。

图3 再沉积孢粉说明.所有标本和照片均保存在海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室，所有标本均放大1 000倍.（a）Tsugaepollenites Potonie et Venitz，1934 ex Potonie，1958（铁杉粉属），登记号：P4-11-2；（b）—（d）Pinuspollenites Raatz，1937（双束松粉属），登记号：P4-11；（e）Minutosaccus Mädler，1964（小囊粉属，中生代），登记号：P4-12-1；（f）Siberiapollis mirus Song sp.nov.（奇特西伯利亚粉），登记号：P4-12-1；（g）Faguspollenites Raatz，1937（山毛榉粉属），登记号：P4-12-1；（h）Chenopodipollis Krutzsch，1966（藜粉属），登记号：N08-2-1；（i）Ephedripites Bolchovitina，1953 ex Potonie，1958 emend.Krutzsch，1961（麻黄粉属），登记号：P4-11-2；（j）Polypodisceaesporites Thiergart，1938 ex Potonie，1956（水龙骨单缝孢属），登记号：P4-11-1；（k）Concavisporites Pflug，1953 emend.Delcourt et Sprumont，1955（凹边孢属），登记号：P4-12-2；（l）Ischyomonoletes Liet Song，1985（坑穴单缝孢属），登记号：P4-11-3Fig.3.Illustration of redeposit sporopollen.All specimens illustrated here are preserved at the Laboratory of Marine Sedimentology and Environmental Geology，First Institute of Oceanography，State Oceanic Administration.All figures of spores and pollen are ata magnifyication of 1 000 X

但是，本次调查研究中，我们却从取自普里兹湾的表层沉积物中发现了一些草本植物、蕨类植物，甚至是乔木植物的孢粉。这种情况并不仅仅出现在我们的结果中，前人研究亦显示南极地区有较多的各种类型的现代沉积孢粉：譬如，Linskens等［14］从维多利亚地北部沿海一带绿洲上取得的苔藓样品中提取出了松科（Pinaceae）、金合欢属、桦木属（Betula）、金莲属（Tropaeolum）、荨麻属（Urtica）、榛属（Corylus）、车前属（Plantago）和日中花属（Mesembryanthemum）等植物的花粉；郑卓等［12］对南极半岛西北海域的表层沉积物进行分析时发现，其中部分样品中存在现代沉积孢粉，组分中除常见的单缝孢子外，尚有零星的草本植物和木本植物花粉；李政等［15］在中国第22次南极科学考察过程中，采用大容量悬浮颗粒采样器收集了“雪龙”号航线海洋边界层气溶胶样品，并对其中的部分样品进行了孢粉分析，发现采自普里兹湾的样品中含有苏铁属（Cycas）、木麻黄属（Casuorina）、松属、桉属（Eucalyptus）、金合欢属、十字花科（Cruciferae）、禾本科、蒿属、菊科等花粉。显然，这些在南极地区发现的现代沉积孢粉并非出自南极大陆。那么，它们又是来自哪里？是怎么传播到研究区的呢？

本文所分析的9份样品中，除了一些世界广布种（如松属、禾本科、藜科、菊属、蒿属等）外，还有一些特征的地区种属：例如，样品N08-2中发现了金合欢属花粉，该属植物泛生于热带与亚热带地区，除欧洲和南极大陆外，其他大陆均有分布，澳大利亚、非洲和南美洲为主要分布区，而澳大利亚为分布中心；样品N08-2、P4-13和P4-11中发现了桑寄生科花粉，该科植物大部分分布于热带地区，少数分布于温带地区。因此，我们推测普里兹湾表层沉积物中的现代沉积孢粉可能主要来自南极辐合带以北的大陆或岛屿，甚至南半球热带地区的孢粉亦有可能到达该区。风可能是携带这些花粉到达南极的主要载体，南极辐合带以北的大陆或岛屿产生的花粉和孢子通过上升流进入平流层参与全球循环，在气流到达南极上空后，发生沉降，然后在环南极流作用下运动，花粉被输送至南极沿海地区［16］。

3.2 再沉积孢粉形成时代及与物源关系

普里兹湾表层沉积物中再沉积孢粉共23属种，其中木本植物以双束松粉属为主，该属在中新生代广为分布［2］；另外，还见有小囊粉属、雪松粉属、南洋杉粉属、罗汉松粉属等，其中，小囊粉属分布于中生代［3］；雪松粉属分布于中新生代［2］；南洋杉粉属和罗汉松粉属在南半球，包括南极半岛白垩至第三纪地层中都有分布，而且在南极半岛白垩纪地层中更为常见，成为当时雨林群落的常见分子［19］。草本植物花粉以藜粉属和蒿粉属为主，其中藜粉属在新近纪均经历了从少量出现到逐渐繁盛的过程，而蒿粉属目前被认为从晚第三纪才在世界各地开始较多出现，其含量随着时间的推移而增加。具体来说，一般认为草本植物花粉自中新世早期开始少量出现，但限于少数或个别科属；中新世晚期较常见，而且科属数量也大大增加；至上新世这类植物才开始大量出现；尤其是在上新世末期常可形成一些优势组合［8］。根据以上资料，我们推测普里兹湾表层沉积物中再沉积孢粉的形成时代可能为中生代至第三纪，其中白垩至第三纪居多。

虽然因分析的样品数太少，导致表层沉积物中再沉积孢粉的分布特征不太明显，但仔细研究仍可发现某些规律。样品 N08-2、P4-13、P4-12、P4-11和N08-4中再沉积孢粉颗粒数呈现随离岸距离增加，数量逐渐减少的趋势；而这几份样品中再沉积松属花粉则呈现近岸低，随着离岸距离增加含量逐渐增加的特征，松类花粉一般个体较大，在水中具有较强的漂浮能力，能被沿岸流带离到远海中，如在南海松属花粉能漂浮沉落到离岸更远处［1］。以上几份样品中再沉积孢粉的分布特征可能暗示普里兹湾表层沉积物中再沉积孢粉主要来自普里兹湾沿岸内陆（图1），冰川将普里兹湾周边内陆的基岩拔起，冰沿着查尔斯王子山（Prince Charles Mountains）和莫森陡崖（Mawson Escarpment）间的地堑谷地流动，从埃默里冰架（Amery Ice Shelf）进入普里兹湾［17-18］，并将陆源物质带入普里兹湾。方爱民等［8］对东南极格罗夫山地区蓝冰表面碎石带新生代冰碛岩漂砾中孢粉进行分析发现，其主要成分均来自冈瓦纳大陆第三纪以来的生物群落，这些孢粉的形成时代与本文所分析的再沉积孢粉形成时代比较相近。这更进一步证实普里兹湾表层沉积物中的再沉积孢粉可能主要来自普里兹湾周边内陆。

4 结论

通过对南极普里兹湾表层沉积物孢粉进行分析，我们得出以下几点主要结论：

（1）普里兹湾表层沉积物中孢粉主要由现代沉积孢粉和再沉积孢粉组成，其中现代沉积孢粉可能主要来自南极辐合带以北的大陆或岛屿，甚至南半球热带地区的孢粉亦有可能到达该区。风可能是其传播的主要动力。

（2）通过对普里兹湾表层沉积物中再沉积孢粉组合成分、丰度及分布格局分析，发现研究区表层沉积物主要为近源剥蚀成因，冰川将南极大陆普里兹湾周边区域的基岩拔起，从埃默里冰架进入普里兹湾，并将这些基岩中的孢粉带至普里兹湾。

致谢 本研究使用的中国第24次南极科学考察采集的样品由中国极地研究中心沉积物库提供。

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