地球科学进展

地球科学进展 ›› 2024, Vol. 39 ›› Issue (6): 616 -631. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.048

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全新世安达曼海周边区域火灾历史及其影响因素
梁诗晴 1 , 2( ), 罗传秀 1( ), 向荣 1, ARIFUL Islam 1 , 2, 魏海成 3, 苏翔 1, 万随 1, 杜恕环 1, 张兰兰 1, 杨艺萍 1, 黄云 1, 林刚 4   
  1. 1.中国科学院南海海洋研究所 中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室，广东 广州 510301
    2.中国科学院大学，北京 100049
    3.中国科学院青海盐湖研究所，青海省盐湖地质与环境 重点实验室，青海 西宁 810008
    4.丹麦技术大学，罗斯基勒 4000，丹麦
  • 收稿日期:2023-12-13 修回日期:2024-05-07 出版日期:2024-06-10
  • 通讯作者: 罗传秀 E-mail:lshiqing17@gmail.com;xiu104@scsio.ac.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金共享航次计划项目(42149910);青海省盐湖地质与环境重点实验室奖励经费2024资助

Holocene Fire History and Its Influencing Factors in the Surrounding Areas of the Andaman Sea

Shiqing LIANG 1 , 2( ), Chuanxiu LUO 1( ), Rong XIANG 1, Islam ARIFUL 1 , 2, Haicheng WEI 3, Xiang SU 1, Sui WAN 1, Shuhuan DU 1, Lanlan ZHANG 1, Yiping YANG 1, Yun HUANG 1, Gang LIN 4   

  1. 1.Key Laboratory of Ocean and Marginal Sea Geology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China
    2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
    3.Qinghai Provincial Key Laboratory of Geology and Environment of Salt Lakes, Qinghai Institute of Salt Lakes, Chinese Academy of Sciences, Xining 810008, China
    4.Technical University of Denmark, Roskilde 4000, Denmark
  • Received:2023-12-13 Revised:2024-05-07 Online:2024-06-10 Published:2024-07-15
  • Contact: Chuanxiu LUO E-mail:lshiqing17@gmail.com;xiu104@scsio.ac.cn
  • About author:LIANG Shiqing, Master student, research area includes marine charcoal. E-mail: lshiqing17@gmail.com
  • Supported by:
    the National Science Foundation of China Shiptime Sharing(42149910);The Science and Technology Plan Project of Qinghai Province Incentive Fund 2024
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火事件的发生与气候变化以及植被变化密切相关，系统性地研究全新世火活动的时空演化规律，可以更清晰地理解火活动机制与区域性气候、植物变化的关联，同时有助于预测未来火的演化趋势。为了解安达曼海周边地区火灾活动的演化以及可能的驱动因素，以安达曼海南部的海洋钻孔ADM-C1为研究材料，对其全新世以来的炭屑记录进行深入分析，并综合安达曼海周边地区其余的5个炭屑记录，重建了全新世以来安达曼海周边地区火灾活动的演变过程。研究表明，尽管点火、火灾天气和植被组成在各地不尽相同，导致火灾发生频率在区域和地方范围有所不同，但在广泛的气候变化背景下，全新世安达曼海周边各地的火事件发生频率变化具有广泛同步性。全新世安达曼海周边的火灾活动发生频率受到区域性植被和降水变化影响，并最终受控于印度夏季风强度的变化。与末次冰消期相比，12.0~9.0 ka BP安达曼海周边区域火灾活动的发生频率呈下降趋势，反映了印度夏季风降水逐步增加以及木本植物含量逐渐上升的区域环境；9.0~5.0 ka BP较低的区域火灾活动发生频率同时受到较高的印度夏季风降水量和区域木本植物含量的制约；5.0 ka BP后高频的区域火灾活动更多反映了印度夏季风降水的降低。此外，研究结果还表明全新世安达曼海周边区域火灾活动发生频率与厄尔尼诺—南方涛动强度、印度洋偶极子位相和热带辐合带位置的变化相关。

关键词: 炭屑, 古火, 印度夏季风, 全新世, 安达曼海

The occurrence of fire events is closely related to climate change and vegetation changes. A systematic study of the spatial and temporal evolutionary patterns of Holocene fire activities enables a clearer comprehension of the association between fire activity mechanisms and regional climate and vegetation changes, and contributes to the prediction of future fire evolutionary trends simultaneously. In order to comprehend the fire evolution and potential driving factors in the surrounding areas of the Andaman Sea, charcoal analysis was conducted on core ADM-C1 in the southern Andaman Sea to reconstruct its Holocene fire record. Additionally, five other charcoal records were synthesized to reconstruct Holocene fire activities in the surrounding areas of the Andaman Sea in this study. Although the nature of the changes of ignition, fire weather, and vegetation composition varied from place to place, leading to regional and local variations in fire frequency, the changes of fire event frequency around the Andaman Sea were widely synchronized under broader climate change during the Holocene. The frequency of fire activity around the Andaman Sea during the Holocene was influenced by regional variations in vegetation and precipitation, and ultimately by changes in the intensity of the Indian Summer Monsoon. Compared to the last deglaciation, there was a decrease in the frequency of fire activities in the surrounding areas of the Andaman Sea during 12.0~9.0 ka BP period, reflecting a gradual increase in Indian Summer Monsoon precipitation and woody plant abundance within this region. During 9.0~5.0 ka BP period, regional fire activity was constrained by higher Indian summer monsoon precipitation and woody plants. After 5.0 ka BP, an increase in regional fire activity primarily reflected a decrease in Indian Summer Monsoon precipitation. Furthermore, the changes in El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO) intensity, Indian Ocean Dipole (IOD) phase and the location of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) were related to fire activity frequency around Andaman Sea during the Holocene.

Key words: Charcoal, Paleofire, Indian summer monsoon, Holocene, Andaman Sea.

中图分类号: 

图1 安达曼海周边地区示意图
星号为本文研究的钻孔ADM-C1；圆形符号表示参与生成复合火灾活动曲线所用到炭屑记录所在的钻孔位置，分别是Inle湖 ［ 37 ］、NTSH ［ 38 - 39 ］、SB-B ［ 40 - 41 ］、Jaw SPT ［ 42 ］、RD-3 ［ 43 ］；三角形符号代表印度夏季风和IOD相位记录的钻孔位置，分别为Tangga洞穴 ［ 44 ］、ADM-159 ［ 45 ］、SSK50-GC3A ［ 46 ］、RC12-344 ［ 47 ］、MD77-176 ［ 48 ］、Mentawai岛 ［ 49 ］和SO189-39KL ［ 50 ］
Fig. 1 Overview map of surrounding areas of the Andaman Sea
The asterisk marks the core ADM-C1 for this study. The circles indicate the core locations where the charcoal records are involved in generating regional fire activity， which are Inle Lake ［ 37 ］， NTSH ［ 38 - 39 ］， SB-B ［ 40 - 41 ］， Jaw SPT ［ 42 ］ and RD-3 ［ 43 ］. The triangular symbols represent the core locations recording Indian Summer Monsoon and IOD phase， which are Tangga Cave ［ 44 ］， ADM-159 ［ 45 ］， SSK50-GC3A ［ 46 ］， RC12-344 ［ 47 ］， MD77-176 ［ 48 ］， Mentawai Island ［ 49 ］ and SO189-39KL ［ 50 ］ respectively
表1 ADM-C1钻孔年龄—深度模型建立所用的 AMS14C测年数据 ［ 59 - 60 ］
Table 1 AMS 14C ages of core ADM-C1 for age-depth model ［ 59 - 60 ］
深度/cm 测年材料 AMS14C年龄/a BP 日历年龄/a BP 2σ日历年龄范围/a BP
9 混合浮游有孔虫 1 490±30 1 475 1 535~1 370
31 混合浮游有孔虫 3 370±30 3 220 3 345~3 105
47 混合浮游有孔虫 4 390±30 5 045 5 230~4 960
61 混合浮游有孔虫 5 140±30 5 485 5 585~5 425
93 混合浮游有孔虫 6 290±30 6 735 6 850~6 635
125 混合浮游有孔虫 8 170±30 8 620 8 755~8 535
141 混合浮游有孔虫 9 110±40 10 385 10 500~10 240
157 混合浮游有孔虫 10 290±30 11 245 11 375~11 175
图2 ADM-C1钻孔年龄—深度模型及沉积速率
菱形符号为校正的AMS 14C年龄点（误差为2 σ）和由此得出的年代深度模型（深灰色阴影表示更有可能的历史年代，虚线表示95%的置信区间，实线表示根据每个深度的加权平均年龄得出的单一“最佳”模型）
Fig. 2 The age-depth model and sedimentation rate for core ADM-C1
The diamond symbol shows the calibrated AMS 14C dates（2 σ errors） and the resulting age-depth model （the darker gray shading indicates more likely calendar ages， the dotted lines show 95% confidence intervals， and the solid line shows the single “best” model based on the weighted mean age for each depth）
图3 ADM-C1的炭屑结果
（a）总炭屑浓度；（b）粒径为50~125 μm的炭屑浓度；（c）粒径>125 μm的炭屑浓度；（d）对称形炭屑浓度；（e）长条形炭屑浓度；（f）粒径为50~125 μm的炭屑的百分含量；（g）粒径>125 μm的炭屑的百分含量；（h）对称形炭屑的百分含量；（i）长条形炭屑的百分含量
Fig. 3 Charcoal results of core ADM-C1
（a）Concentration of total charcoal； （b）Concentration of 50~125 μm charcoal； （c）Concentration of >125 μm charcoal； （d） Concentration of symmetrical charcoal； （e）Concentration of long charcoal； （f）The percentage of 50~125 μm charcoal； （g）The percentage of >125 μm charcoal； （h） The percentage of symmetrical charcoal；（i） The percentage of long charcoal
表2 生成安达曼海周边区域火灾活动曲线所用到炭屑记录所在的钻孔信息
Table 2 Core information whose charcoal records involved in generating fire activity curve in the surrounding areas of the Andaman Sea
钻孔 地点 类型 记录长度/ka 分辨率（ka/per sample） 指标 参考文献
Inle湖 20.56°N， 96.91°E 湖泊 约11.9 0.03~0.10 炭屑浓度（粒径未标明） ［ 37 ］
NTSH 7.87°N， 99.48°E 湖泊 约10.6 0.41 炭屑浓度（粒径未标明） ［ 38 - 39 ］
ADM-C1 7.44°N， 97.00°E 海洋 约11.2 约0.14 粒径>125 µm炭屑浓度 本文
粒径50~125 µm炭屑浓度
SB-B 1.24°S， 103.62°E 泥炭地 约13.1 约0.03 粒径>150 µm炭屑浓度 ［ 40 - 41 ］
Jaw SPT 2.05°S， 102.67°E 泥炭地 约7.8 约0.08 粒径>150 µm炭屑浓度 ［ 42 ］
RD-3 6.18°S， 105.97°E 热带低地沼泽 约16.3 约0.40 炭屑（>10 µm）/花粉 ［ 43 ］
图4 参与生成安达曼海周边火灾活动曲线的各钻孔炭屑记录
（a）Inle湖的炭屑浓度 ［ 37 ］；（b）钻孔NTSH的炭屑浓度 ［ 38 - 39 ］；（c）钻孔ADM-C1粒径为50~125 μm的炭屑浓度（本文）；（d）钻孔ADM-C1粒径>125 μm的炭屑浓度（本文）；（e）钻孔SB-B粒径>150 μm的炭屑浓度 ［ 40 - 41 ］；（f）钻孔Jaw SPT粒径>150 μm的炭屑浓度 ［ 42 ］；（g）钻孔RD-3的炭屑与花粉的比率 ［ 43 ］
Fig. 4 Charcoal records involved in generating fire activity curve in the surrounding areas of the Andaman Sea
（a）Charcoal concentration from Inle Lake ［ 37 ］； （b）Charcoal concentration from core NTSH ［ 38 - 39 ］； （c） and （d） The concentrations of 50~125 μm charcoal and >125 μm charcoal in core ADM-C1， respectively （this study）； （e）Concentration of >150 μm charcoal from core SB-B ［ 40 - 41 ］； （f）Concentration of >150 μm charcoal from core Jaw SPT ［ 42 ］； （g）Charcoal to pollen ratio from core RD-3 ［ 43 ］
图5 安达曼海周边区域内7条炭屑记录转换的 Z 分数及其集成结果
所有炭屑记录经过归一化处理后，再以0.1 ka的间隔进行插值
Fig. 5 The normalized fire activity index of seven charcoal records in surrounding areas of the Andaman Sea and their integration result
All charcoal records were normalized and then interpolated at intervals of 0.1 ka
图6 安达曼海周边区域性和地方性火灾活动曲线
（a）ADM-C1钻孔粒径为50~125 μm的炭屑浓度记录转换成 Z分数，主要代表安达曼海南部的区域性火灾活动的发生频率（本文）；（b）ADM-C1钻孔粒径>125 μm的炭屑浓度记录（本文）、SB-B钻孔 ［ 40 - 41 ］和Jaw SPT钻孔 ［ 42 ］粒径>150 μm的炭屑浓度记录转换的 Z分数及其集成的安达曼海周边（主要南部）地方性火灾活动；所有炭屑记录经过归一化处理后，再以0.1 ka的间隔进行插值
Fig. 6 Regional and local fire activity curves in the surrounding areas of the Andaman Sea
（a） The Z-score converted from 50~125 μm charcoal concentration record of core ADM-C1， mainly representing the frequency of regional fire in the southern Andaman Sea （this study）； （b） Z-scores converted from >125 μm charcoal concentration record of core ADM-C1（this study）， >150 μm charcoal concentration of core SB-B ［ 40 - 41 ］ and core Jaw SPT ［ 42 ］ and their integration result， representing the frequency of local fire events in the surrounding （mainly southern）areas of the Andaman Sea. All charcoal records were normalized and then interpolated at intervals of 0.1 ka
图7 无法区分粒径大小的炭屑记录转换的 Z 分数及其集成结果
所有炭屑记录经过归一化处理后，再以0.1 ka的间隔进行插值
Fig. 7 The normalized fire activity index from charcoal records with indistinguishable particle sizes and their integration result
All charcoal records were normalized and then interpolated at intervals of 0.1 ka
图8 安达曼海周边区域火灾活动曲线对比
所有炭屑记录经过归一化处理后，再以0.1 ka的间隔进行插值
Fig. 8 Comparison of fire activity curves in the surrounding area of Andaman Sea
All charcoal records were normalized and then interpolated at intervals of 0.1 ka
图9 全新世安达曼海周边区域火灾活动与其可能的影响因素的比较
（a）苏门答腊岛的Tangga洞穴的石笋δ 18O ［ 44 ］；（b）钻孔ADM-C1的δ 18O sw ［ 60 ］，指示安达曼海南部局部的降水量变化；（c）ADM-C1钻孔的热带—亚热带阔叶乔木花粉的百分含量，指示印度夏季风的降水变化 ［ 80 ］；（d）安达曼海周边火灾活动曲线，值越大，表明火灾活动发生频率越高（本文）；（e）ADM-C1钻孔的对称形炭屑的百分含量，指示木本植物的燃烧量变化（本文）；（f）ADM-C1钻孔的木本植物花粉的百分含量 ［ 80 ］；（g）ENSO事件的强度，值愈大，表明ENSO强度越大 ［ 90 ］；（h）东印度洋Mentawai岛的珊瑚Sr/Ca比率重建的海表温度异常 ［ 49 ］；（i）东印度洋混合层厚度，基于SO189-39KL钻孔的海表温度与温跃层温度的差值计算而来 ［ 50 ］；黑色虚线标示9.0 ka BP和5.0 ka BP。灰色阴影指示印度洋IOD模态处于正位相时期
Fig. 9 Comparison of Holocene fire activity and its possible influencing factors in surrounding areas of the Andaman Sea
（a） δ 18O values in speleothem record from Tangga Cave in Sumatra ［ 44 ］；（b） δ 18O sw records of core ADM-C1 indicating local precipitation variation in the southern Andaman Sea ［ 60 ］；（c） The percentage of tropical and subtropical broad-leaved trees pollen of core ADM-C1 indicating the precipitation changes in the Indian Summer Monsoon ［ 80 ］；（d） Fire activity curve around the Andaman Sea， with larger values indicating higher frequency of fire activity （this study）； （e） The percentage of symmetrical charcoal in the core ADM-C1， indicating changes in the burning of woody plants （this study）；（f） The percentage of woody plants pollen of core ADM-C1 ［ 80 ］；（g） The intensity of ENSO events， the greater the value， the greater the intensity of ENSO events ［ 90 ］；（h） Sea surface temperature anomalies reconstructed from coral Sr/Ca ratios in Mentawai Island in East Indian Ocean ［ 49 ］；（i） Mixed layer thickness in the eastern Indian Ocean， calculated based on the difference between sea surface temperature and thermocline temperature of core SO189-39KL ［ 50 ］. The black dotted line marks 9.0 ka BP and 5.0 ka BP. Gray shading indicates a period of a more positive IOD-like mean state in the Indian Ocean
表3 全新世安达曼海周边区域的火灾活动曲线与区域内的降水记录之间的相关性系数
Table 3 Statistic correlation between fire activity in surrounding areas of the Andaman Sea and precipitation records during the Holocene
变量 X1 X2 X3 X4
X1 1
X2 0.345** 1
X3 0.412** -0.002 1
X4 -0.433** 0.256** -0.533** 1
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