Advances in Earth Science  2017 , 32 (11): 1126-1136 https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2017.11.1126

Orginal Article

上新世以来巽他陆架海平面变化研究

李丽, 徐沁

同济大学,海洋地质国家重点实验室,海洋与地球科学学院,上海 200092

Review of Studies in Sea Level Change of Sunda Shelf Since Pliocene

Li Li, Xu Qin

State Key Laboratory of Marine Geology, School of Ocean and Earth Sciences, Tongji University, Shanghai 200092,China

中图分类号:  P731.23

文献标识码:  A

文章编号:  1001-8166(2017)11-1126-11

收稿日期: 2017-09-6

修回日期:  2017-10-26

网络出版日期:  2017-11-10

版权声明:  2017 地球科学进展 编辑部 

基金资助:  国家自然科学基金项目“南海沉积物中支链四醚膜脂的组成和碳同位素特征及其对古气候研究的启示”(编号:41673042)和“两种温度指标(Uk'37和TEX86) 的现代水体调查和沉积记录整合研究”(编号:41376046)资助

作者简介:

First author:Li Li(1974-),femal,Changzhi City, Shanxi Province, Professor. Research areas include marine organic geochemistry and paleoceanography.E-mail:lilitju@tongji.edu.cn

作者简介:李丽(1974-),女,山西长治人,教授,主要从事海洋有机地球化学和古气候研究.E-mail:lilitju@tongji.edu.cn

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摘要

海平面变化是全球变化的重要组成部分,不仅涉及自然环境和生态的变化,而且对人类社会的经济和发展也有重大影响。只有了解海平面变化历史,发现和掌握海平面变化规律,才能建立可靠的海平面变化模型,提高未来海平面变化的预能力。巽他陆架地处太平洋和印度洋的交界,位居世界陆架面积第二,陆架宽,坡缓水浅,对海平面变化敏感,是研究海平面变化的理想之所。简要介绍了海平面重建的方法,回顾了巽他陆架区域不同地质时期海平面变化的研究成果:总体而言,上新世巽他陆架海平面比现在高50~100 m,之后随两极冰盖发育海平面逐渐下降,在第四纪海平面受冰盖消涨影响而周期性升降,波动幅度达130 m, 记录较多的全新世研究显示了末次冰消期以来海平面的快速上升以及中全新世高海平面时期,近代观测表明最近200多年海平面呈上升趋势并且自20世纪开始上升加速。同时不同的研究方法和区域造成的结论差异说明海平面重建影响因素的复杂性和时空分布的多变性。

关键词: 古海平面 ; 巽他陆架 ; 第四纪 ; 上新世

Abstract

The sea level change is an important part of global change. It not only relates to the natural environment and ecological changes, but also has a significant impact on the economy and the development of human society. Understanding the sea level history and dynamic rule is a basic condition to build reliable models and improve the future forecast. Sunda Shelf is located between the Pacific Ocean and India Ocean. Owing to the feature of the second continental shelf area, wide shelf and gentle slope, Sunda Shelf is sensitive to sea-level change and an ideal place for sea level study. In this paper, we introduced the method of sea level reconstruction briefly, and reviewed the researches in the Sunda Shelf of different geological periods: Overall, the sea level in Sunda Shelf during Pliocene was as high as 50~100 m, then fell gradually along with the development of the polar ice sheets, and fluctuated among 130 m with the ice volume shrinking and growing in Quaternary. Holocene researches with the most records exhibited the fast elevating in the last deglaciation and the mid-Holocene highstand. Recent observations showed a rising trend of sea-level of past 200 years and the accelerating rate since twentieth century. Meanwhile, the divergence conclusions because of the various research method and regions indicated the complex of the influencing factors and the variability of the spatial and temporal distribution for the sea level reconstruction.

Keywords: Paleo-sea level ; Sunda Shelf ; Quaternary ; Pliocene.

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李丽, 徐沁. 上新世以来巽他陆架海平面变化研究[J]. , 2017, 32(11): 1126-1136 https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2017.11.1126

Li Li, Xu Qin. Review of Studies in Sea Level Change of Sunda Shelf Since Pliocene[J]. Advances in Earth Science, 2017, 32(11): 1126-1136 https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2017.11.1126

1 引言

地球有70%的面积是海洋,海平面高度随着地球构造和气候演变而升降起伏,其变化幅度从几米、几十米到可能高达上百米。全世界约有半数以上的人口居住在海岸线附近,海平面变化对沿海地区社会经济、自然环境及生态系统等有着重大影响。海平面上升,沿岸地区将遭受严重侵蚀,地势低洼地区将被淹没,人类居住地减少;海平面下降,陆架出露,海洋面积缩小,海水将变得更咸,某些海洋生物会加速灭绝。海平面的升降对沿海地区红树林和珊瑚礁等生态系统的生长产生重要影响,某些生物甚至面临灭绝的威胁。海平面变化也是联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC) 评估报告中的重要内容,第五次评估报告曾指出,过去100年中全球平均海平面升高了约19 cm,在1993—2010年海平面上升的速度是1901—2010年的2倍,预计21世纪末,全球海平面将上升26~82 cm[1]。如果全球持续变暖,冰盖融化速度加快,多个国家或地区将被淹没[2],东南亚、非洲等国家的沿岸地区将备受威胁。了解海平面变化的历史和规律,可以增强我们对海平面变化的科学认识,帮助我们更好地预测未来海平面变化走向。

卫星数据显示,全球海平面升高最快的地方位于东南亚地区,接近30 mm/a[3]。位于该地区的巽他陆架(Sunda Shelf)水深仅数十米,过往研究表明,末次冰期南海的海平面下降曾超过120 m,经历了桑田沧海的历程[4,5]。巽他陆架在第四纪时构造稳定,陆架宽广, 从沿海平原到陆架外缘的坡度小,海平面的微小变化可以引起大幅度的海岸线迁移,成为研究晚新生代海平面变化的理想场所[5]

2 巽他陆架介绍

巽他陆架位于南海西南部,地处太平洋与印度洋、亚洲与大洋洲之间,是东南亚大陆的延伸,包括中南半岛、马来半岛、苏门答腊岛、爪哇岛、加里曼丹岛这些岛屿间的浅水水域范围[5](图1)。陆架主体形成了南海南部的浅海床,柬埔寨、泰国、马来西亚、新加坡、婆罗洲的沿海地区,以及印度尼西亚和越南的部分海岸,陆架上的马六甲海峡、卡里马塔海峡和加帕斯海峡是连接南海与爪哇海和印度洋的重要通道。

早期认为巽他岩石圈是欧亚板块的延伸,近年的GPS速度场测量研究表明其为独立地块,被称为“巽他地块”(Sundaland Block)[7,8]。研究表明该地域至少是在显生宙以来经历了系列规模不同的多个地块分期从冈瓦纳古陆分离出来,伴随特提斯洋的演化而形成的具有复杂历史的构造单元[8,9]。现代地球物理研究表明虽然由于地处几大板块交界处,巽他地块边缘剧烈变形,有强烈的地震及火山活动,但内部形变很小,主体以异常稳定、平静为特征[7,10]。现今巽他地块形变核心的旋转轴位于49°N~94.2°E,以0.34°/Ma的速率顺时针旋转[7],在垂直方向上有非常缓慢的抬升运动(<0.1 mm/a)[11],在水平方向以6~9 mm/a的速率东移[7]

图1   巽他陆架地区在不同海平面高度的地形图(据参考文献[5,6]修改 )
(a) 中全新世高海平面时期;(b)末次冰期低海平面时期(蓝色虚线为巽他陆架暴露后发育的河流体系)

Fig.1   Topographic map of Sunda Shelf at different sea level (modified after references[5,6])
(a) Highstand sea level during the mid-Holocene; (b) Lowstand sea level during last glaciation (blue dashed line indicating the glacial drainage systems on the exposed Sunda Shelf)

巽他陆架坡度变化缓,仅为0°0067',低于全世界大陆架的平均向海坡度(0°07'),宽可达 800 km,总面积约 185 万km2,也被称为“亚洲大浅滩” (Great Asian Bank)[12],是极地之外最大的陆架区。巽他陆架区水深较浅, 大部分区域小于75 m,纳土纳群岛西北和西南存在2个相对深水沟槽, 深度可达100 m左右[13]。陆架的浅海区由于得到陆地上丰富的营养物质供应,是海洋生物生长发育的良好场所,生物多样性位居全球之首,同时也具有丰富的石油天然气资源[5]。冰期时海平面下降,陆架出露,巽他陆架与苏门答腊、爪哇、婆罗洲等岛屿联合成陆,面积相当于欧洲陆地面积,称为“巽他古陆”(Sundland)[14](图1)。 巽他陆架的暴露及相应的表层反射作用变化,对印度—太平洋的水循环、生物地理和古气候有重要影响[15,16]。低海平面时期,人类和陆地动物在岛屿之间迁徙,以及高海平面时期生物交流的隔绝造成了不同时期的生物格局[5]

3 海平面变化重建

海平面指海的高度,可分为绝对海平面和相对海平面,前者指海面相对地心的距离,后者以陆地某一点为基准测量的海面高度。一般情况下,我们经常讨论的海平面变化是相对现在海面的高度变化,而非绝对海平面高度,研究讨论相对海平面变化更具现实意义。 海平面变化一方面可以通过观测数据的积累而得,而更多的是依靠替代指标重建更长、更老时间段的记录。现代海平面变化可通过各地海岸潮汐的水文监测和卫星高度计资料分析获得[17,18],验潮站资料是研究海平面变化的第一手资料,有较长历史,数据积累可达几百年,记录相对海平面的变化,全球海平面观测系统的核心工作网就是由分布在全球的290个验潮站组成。但验潮站分布不均,同时还受到地形、潮汐、风浪等的影响,各地资料对比度差。卫星数据始于1992 年美国发射的 TOPEX/POSEIDON(T/P)卫星 和 2002 年发射的 JASON 卫星,提供的是绝对海平面高度,该方法具有覆盖面广、时间连续、时空分辨率高的优点,也不受地形改变的影响,但仅有20多年历史,缺乏长时间序列资料[17,18]

古代海平面变化需要借助沉积环境中与古海平面位置相关的标志物来识别,一般可分为生物标志物和沉积地貌标志物[19]。珊瑚最佳生长水深与海平面密切相关,常用来指示海平面位置,其中微环礁的指示误差可低于3 cm[20]。此外,红树林腐木、藤壶、软体动物贝壳等也是常用的海平面标志物,但由于受潮位波动、生长范围、生活习性的影响,所指示的海平面存在较大的变化,精度较低;特殊的沉积地貌,如盐沼泥炭、海相淤泥、海滩岩、海蚀槽穴或平台、古文化遗址等也可提供海平面变化信息,但常常受地域性的限制,以及识别特征复杂,在海平面重建中会导致较大偏差[19]。而且这些方法受环境影响,不易保存,对应的时间尺度也较短,记录往往不够连续,一般常用在晚第四纪过去2万~3万年来的海平面重建。海洋沉积物中有孔虫等的氧同位素组成对全球冰量变化敏感,同位素低值,对应冰量小、高海平面阶段;相反,同位素高值对应冰量大、低海平面时期,该指标主要反映了冰盖消长引起的全球性海平面变化幅度,该方法可以得到长时间尺度连续的海平面变化记录,可以追溯过去几百万年来的海平面变化历史,但有孔虫氧同位素除受海平面变化影响外,也受到海水温度、盐度等的影响,存在一定的不确定性,不能直接转化为海平面高度变化,需要借助其他的方法排除这些因素的影响,才能获得较为准确的重建结果[21]。海平面变化过程中形成了不同的沉积序列,据此地震地层学方法推导出古生代以来全球性相对海平面变化,但该方法分辨率相对较低[22]

过去海平面变化研究离不开准确的定年技术。同位素测年分析技术的发展和应用提供了大量准确的年代数据,使海平面研究更趋精确。210Pb已经成为一种测定100年之内年轻沉积物年龄的成熟方法,全新世主要依靠AMS14C 和 TIMS 铀系(230Th/234U)定年,前者主要限于5万年以内,后者可在数百年到50万年之间。由于测试对象主要为石英和长石,材料易得,近十几年光释光测年也被广泛应用在海岸带测年中,测量范围为数十年至几十万年[23]。晚新生代更多的地层年龄主要来自于全球可对比的微体古生物同位素数据。

影响海平面变化的因素很多, 如地壳运动、沉积物充填及冰后期陆地反弹引起的洋盆容积变化,冰期/间冰期更替的冰雪堆积和融化引起的洋盆水量变化,以及温度引发的海水热膨胀等[17]。全球性构造运动对整个地史时期的海平面变动起决定性作用。第四纪以来,冰川作用对海平面变动影响最大。在未来的100年里热膨胀被认为是引起海平面上升的最重要因素[24]

利用地质记录重建过去海平面变化,可以更好地理解过去海平面的演化及其与地球、气候系统其他要素的关系,为可靠的计算机模型提供数据基础,对提升未来海平面变化的预测能力至关重要[21]。由于巽他陆架地区远离冰盖影响中心,(原地)构造稳定,坡缓水浅对海平面变化响应敏感,因而对此区域的海平面变化研究一直方兴未艾[5]

4 巽他陆架地区海平面变化历史

4.1 近代海平面变化历史

依据TOPEX/Poseidon 高度计数据,Rong等[25]分析了南海1993—2004年海平面和1945—2004年热容海平面变化,同时结合验潮站资料,得出海平面的年际变化幅度约63 mm,最大值发生在12月,而海平面变化异常和ENSO高度相关。厄尔尼诺(El Niño)期间整个南海海平面下降,但海平面最低值滞后ENSO最盛期4个月,相反在拉尼娜(La Niña)期间最高。1993—2015年越南沿岸近海海平面变化研究显示近海整体呈上升趋势,测高数据计算平均上升速率为 3.18 mm/a, 而在巽他陆架北部(越南南部)区域则略高,为3.55 mm/a,验潮站记录该区域的海平面升高幅度可达21.94 mm/a[26]。现代观测记录揭示20世纪40年代至21世纪早期,泰国湾海平面上升速率复杂,随区域不同而有差异,变化幅度为3~5.5 mm/a,总体速率为(3.0±1.5) mm/a,显著高于全球状态[27,28]。Culver 等[29]利用14C和210Pb定年方法,在马来半岛东北部沿岸Setiu湿地,首次提供了依据有孔虫记录重建的过去近200年来的海平面变化,并识别出20世纪初海平面上升速率的增加。尽管可能存在定年误差,对马来半岛沉积物研究显示在19世纪海平面的上升速率为1.26 mm/a,20世纪初出现转折,上升速率增加(图2a)。这个转折时间同全球其他地区的记录类似,表明由于北半球冰盖的融化,导致现代海平面上升速率增加[30],而东南亚地区记录了20世纪开始百年来的海平面上升速率可达(3.2±0.6) mm/a,显著高于全球1.8 mm/a的平均水平[27]。巽他陆架地区由于地处赤道区域受西太平洋暖池的影响,海水温度常年高于28 ℃,海水受热膨胀程度远高于其他地区,据估计20世纪70年代以来海水热膨胀导致全球海平面上升0.5~1.1 mm/a[1],因此该地区的常年高温可能是其海平面上升速率高的原因。

4.2 全新世海平面变化历史

全新世伴随气候转暖,高纬冰盖融化,全球海平面呈升高趋势,特别是早全新世时期表现为快速上升。巽他地区由于接近降雨量丰富的陆源物质输入源区,沉积速率非常高,而且陆源物质最主要的沉积中心位于海岸带附近。富含植物残体的陆源物质和一定数量的海洋自生成分(底栖有孔虫)为定年提供了很好的材料。同时珊瑚、红树林沼泽、沙滩、潮坪沉积以及咸水微型动物也是指示海平面变化的绝佳指标,因而与地质历史上其他时期相比,全新世有着最为丰富的海平面重建材料和数据[4,5,31]

在全新世初期,海平面比现在低约48 m,苏门答腊和马来半岛仍然与婆罗洲相连[6]。马来半岛东岸的湖泊沉积物和孢粉记录了9.7~9.25 ka BP时海平面最低为-22 m,随后逐渐上升至4.85~4.45 ka BP时的高海平面,相当于5.5 mm/a,随后以-1.1 mm/a的速度缓慢下降[32]。而Bird等[33,34]对新加坡红树林和浅海沉积的研究说明全新世早期到中期的海平面并非单调上升,古海平面从8.8 ka BP快速上升到8.1 ka BP时期的-4.0 m,相当于18 mm/a,显著高于Horton 等[32]5.5 mm/a 的估算,随之在7.8~7.4 ka BP时上升速率几乎停滞,而后海平面又上升了4 m,于6.5 ka BP达到最高,高出现代海平面约2.5 m(图2b)。Tjia[35]的研究表明在2 ka BP时,马来半岛的海平面位于现今海平面0.7~1.2 m以上,在1.5 ka BP时海平面下降至现今海平面以上0.2~0.4 m。最近研究显示越南东南部海平面从中全新世5.0 ka BP开始以-0.24 mm/a的速率近乎线性下降到0.63 ka BP 时期的0.2 m[36]

对于冰后期海进,多数人称之为全新世海侵。但对于这次海侵的尺度和时间仍众说纷纭,没有统一定论。在20世纪70年代初Haile[37,38]就提出4.5~4.0 ka BP为马来西亚和印度尼西亚的高海平面时期;Geyh等[39]利用红树林腐木和泥炭表明5~4 ka BP时期新加坡和印度尼西亚地区的海平面比现在高2.5~5.8 m;Rimbaman[40]对爪哇西北部的沉积研究说明6 ka BP时期的海平面比现在高3.5 m;Korotky等[41]依据珊瑚礁和贝壳证实该区域在中全新世6.7 ka BP时的海平面比现在高2.5~3.0 m;Tjia[11]综合运用海滩岩、海蚀刻槽、贝壳等多种标志物证实马来西亚在 5 ka BP前的海平面最高可高出现代5 m;在湄公河三角洲的沉积环境说明6~5 ka BP全新世海侵,石灰岩山地的波浪双刻痕表明当时海平面高于现在2.5~4.5 m[42];在南海西部越南东部Baikan岛,南海东部Panglao岛,Berdin等[43]用海蚀刻槽重建了过去的海岸线,推测当时的海平面要比现代高0.3~0.6 m;Maeda等[44]对巴拉望和菲律宾岛屿的海蚀刻槽和珊瑚礁重建说明在8.2 ka BP时比现在海平面高0.1~6.7 m;中全新世巴拉望的贝丘遗址也说明了当时的高海平面[16]; Azmy等[45]对爪哇岛北岸珊瑚礁露头研究表明全新世中期7 ka BP,该地处于高海面期,并且当时存在快速海侵事件;Mallinson 等[46]依据多种方法对马来半岛东北部的海岸带划分出不同地块,最西的地块形成于高海平面时期7~6 ka BP;越南东南沿岸的海滩岩石、滩脊、冲溢沉积等地貌环境指出越南东南在6.7~5.0 ka BP 海面高出现代海平面1.4 m,6.0 ka BP时最高[36]。大量研究显示,中全新世高海平面不仅出现在巽他陆架区域,其他区域如南海北部、澳大利亚、巴西、南非等地也存在类似情况,但对于海平面相对升高程度和对应期间多有不同[19]。中全新世高海平面随研究区域和研究方法的不同而存在时空和高度数值的差异,与不同研究中海平面变化替代指标所对应海面高度范围不同,年代测定的精确度以及各地区构造的差异等因素有关。中全新世海侵造成了地势低洼的地区的淹没,热带雨林的扩张,山地和半山地森林或多或少的后退[16]。进一步的研究表明,即使在中全新世高海平面时期,海平面仍然存在较大波动。如Meltzner等[47]对印度尼西亚Belitung岛上微环礁的详细研究说明中全新世(6.45~6.85 ka BP)海平面的波动幅度可达约0.6 m,速率达(13±4) mm/a(图2c)。冰盖融化可引发冰川均衡和水均衡作用2个过程,简而言之,前者主要指由于冰川消融,表面负荷降低,地壳回弹造成的海平面相对下降,主要对近冰盖区域产生影响;后者指海洋水量增加引起的洋盆下降造成的海平面变化[48]。巽他陆架地处热带低纬地区,远离冰川均衡作用的影响,全新世中期冰川消融减缓,水均衡作用相对凸显,造成了海平面的相对下降[49]。全新世各地海平面变化时间和幅度的差异也可能与不同地区构造、环境的差异造成的水均衡作用不同有关[36,49]

图2   巽他陆架地区不同时期的海平面变化
(a)来自马来半岛东部沿岸的有孔虫的近代记录[29] ;(b)来自新加坡红树林沼泽和遗址的早—中全新世记录[33];(c)来自印度尼西亚Belitung岛微环礁的中全新世记录[47];(d)巽他陆架地区末次冰期以来的综合记录(橙色:马六甲海峡; 紫色:新加坡;蓝色:巽他陆架;绿色:新加坡;黑色:巽他陆架)[5] ;(e)过去120 ka以来巽他陆架海平面变化模拟重建[5];(f)有孔虫δ18O重建450 ka以来的复合海平面变化曲线(黑线:复合曲线;灰线:置信区间;绿色星号:珊瑚记录)[59];(g) 巽他陆架北部地震层序方法重建晚新生代5 Ma海平面曲线[22,71]

Fig.2   Sea level changes in Sunda Shelf during different periods
(a)Recent record from foraminiferal data in east coast of Peninsular Malaysia[29] ; (b)Early to mid-Holocene record from mangrove swamps and excava-tions documents in Singapore[33]; (c)Mid-Holocene record from microatoll data in Belitung island of Indonesia[47]; (d)Record since Last glacial period from intergrated data in Sunda Shelf cores (orange: Strait of Malacca, purple: Singapore, blue: Sunda Shelf, green: Singapore, black: Sunda Shelf)[5]; (e)Simulation model of the sea level in Sunda Shelf since 120 ka BP[5]; (f)Composite sea level curve (bold black line) derived from foraminifer δ18O spanning past 450 ka (thin gray lines: Confidence interval, green crosses: Coral reef records) [59]; (g)Estimated sea level curve spanning past 5 Ma of late Cenozoic according seismic profiles in northern Sunda Shelf [22,71]

4.3 末次冰期海平面变化历史

末次冰期是第四纪距今的一次冰河时期,据估算末次冰期以来约有50 ×106 km3的冰融化,可造成中低纬度海平面上升约130 m[50]。Hanebuth等[4,5]曾经综合多地珊瑚礁记录详细描述了巽他陆架末次冰期 21 ka BP 以来不同阶段的海平面变化(图2d): 21.0 ka BP时海平面高度相对现代海平面为-116 m,此后以1.0 mm/a的平均速率逐渐缓慢上升至19.0 ka BP时的-114 m;在19.0~14.6 ka BP时期,海平面上升速度增加至4.1 mm/a;随后在14.6~14.3 ka BP,上升速度继续增大,以5.33 mm/a的速度快速由-96 m上升至-80 m,在300年间上升了16 m,对应高纬度的融水倾泻MWP1A事件;随后在14.3~13.1 ka BP海平面从-80 m上升至-64 m,上升速度为1.33 mm/a; 在冰消期末期11.0 ka BP之前,海平面在700年上升了8 m (速度为1.14 mm/a)。进一步研究指出末次冰期19.6 ka BP和14.5 ka BP 2个时期存在脉冲式海平面上升的过程[51]。由于珊瑚等记录存在缺失,很难得到连续的海平面记录。 南海西南部岩芯的高分辨率记录表明冰消期时的海水表层温度、陆源输入和巽他陆架海平面升降密切相关,为了解高分辨率的海平面变化提供了可能[52,53]

一般对于末次冰期以来海平面上升的认识一致,而对于海平面最低时期却存在不同看法,末次盛冰期是距今最近的极寒冷时期,以往许多研究认为该阶段是海平面最低期[54]。而依据巽他陆架地区的浅声学剖面资料及其与其他地区的对比说明,该区域海平面在末次盛冰期之前曾经历短期的海平面更低期。古海岸带遗迹亦证明这个早期的海平面比末次盛冰期时期低约5 m。同时,依据现代海底暴露后的矿物组成、地貌形态特征,推断海平面的首次升高应该发生在沙障发展的-125 m和潮坪最低期时的-128~-123 m[51]。大陆冰消期的数字模拟结果也显示海平面的最低时期为26 ka BP[55]。考虑水均衡作用,Hanebuth等[5]模拟给出巽他陆架过去120 ka以来海平面变化(图2e),该结果与Lambeck 等[54]对全球模拟的结果类似,海平面最低值位于22 ka BP,约为-112 m,高于许多沉积记录海平面,应主要与模型考虑冰川—水均衡因素有关。

末次冰期30~70 ka BP的海平面记录研究相对末次冰消期和冰盛期要少。Hanebuth等[56]对红河三角洲和巽他陆架海岸带相关的沉积研究说明MIS3时期海平面比现在低60~90 m。赤道西太平洋新几内亚的珊瑚礁研究表明MIS3-4时期,海平面在-40~-80 m波动[31,57,58],30~55 ka BP曾有4次高海平面期,高出平均高度10~15 m,每次持续1~2 ka,循环周期为6 000~7 000 a,与快速气候事件相关,对应于北大西洋的冰筏碎屑 “Heinrich” 事件[31,58]。Huang等[53]发现南海西南部沉积岩芯中代表陆地高等植物输入的长链正构烷烃高低变化响应海平面升降变化,估算MIS3时期,海平面最高为-43 m。Waelbroeck等[59]用底栖有孔虫重建的全球海平面变化平均数据显示了3个清晰的10~30 m幅度的波动(图2f)。Siddall 对这段时期全球海平面的总结表明MIS4时期海平面为-80~-90 m,MIS3相对上升了20~40 m,并可分为2个阶段,早期阶段(-60 m)比晚期阶段(-80 m)高20 m[60]

4.4 晚第四纪时期海平面变化历史

受第四纪冰盖周期性扩张和收缩的影响,第四纪海平面也产生相应的起伏波动。虽然对于倒数第二次冰消期(MIS5,71~135 ka BP)海平面变化的数据有限,据巴布亚新几内亚海成阶地珊瑚礁台的连续记录(0~140 ka Ba),MIS6/5(135 ka BP)转换时期海平面从低于现在(125±6)m上升到高于现在海平面的MIS5e[57,61]。而在MIS5揭示出在120,100 和80 ka BP 时期3个高海平面时期;可与大西洋巴巴多斯岛的3个高海平面期对应。 经校正后,其中只有120 ka BP的海平面比现代海平面高6 m,其他都低于现代海平面,并呈现下降趋势[62,63]。在菲律宾西部巴拉望造礁珊瑚高分辨研究确定出MIS5.5礁阶地比现代海平面高2~13 m,从彭老岛辨认出的MIS5.3阶地推断该时期海平面比现在高5 m,比MIS5.5时期高7~8 m,二者高度差仅为2~3 m[64]。菲律宾San Isidro沿岸珊瑚礁提供了更早时期海平面记录,调查结果表明尽管MIS7.3珊瑚礁阶地不像MIS5.5时期发育好,但仍推测该时期海平面比现在高16 m,比MIS5.5高11 m[64]。如此高的海平面波动幅度可能与菲律宾东部和西北部沿岸的构造不稳定有关,在构造稳定的区域MIS5.5时期的海平面仅比现在高2~3 m[64]

动物考古学研究证实巴拉望岛更新世时大型哺乳动物的多样性更多,而缺乏晚更新世来自巽他陆架的动物移民[65],在生物地理上巴拉望岛的动物谱系虽然在亲缘关系上与巽他陆架更近,但也存在较远的分离,说明两岛在更新世曾有连接[66]。地理信息系统对巴拉望岛的古地理重建说明,在MIS12(440 ka BP)和MIS16 (630 ka BP)时期,该地区海平面至少比现在低135 m,才能在婆罗洲和巴拉望2个目前被水分离的岛屿间形成陆桥,以有利于两岛之间动物和人类的迁徙[16]。Rohling等[67]曾提出MIS12时期(-139±11)m的低海平面。依据船载声呐提供的Balabac海峡水深线图显示,海峡两岸的连接只有在海平面暴露到-146~-183 m才能实现[68],说明在晚更新世之前的冰期时期的海平面比末次盛冰期低20~40 m。

由于缺乏连续的、直接的海平面变化资料,过去更长时间海平面变化重建将借助于海洋沉积物中的有孔虫氧同位素记录,该记录与海平面变化密切相关。Labeyrie等[69]最早提出利用有孔虫氧同位素重建全球海平面波动的方法。Waelbroeck 等[59]利用底栖有孔虫氧同位素比值推算出过去4个冰期旋回的海平面相对变化曲线(图2f),虽然该曲线并非直接来自巽他陆架,但该区的变化幅度在全球复合海平面变化上、下限,根据现代该区域海平面变化高于全球平均状况的情况推测该区的海平面变化高于此平均的复合曲线。

4.5 上新世以来海平面变化历史

上新世时期气温比现在高2~3 ℃,北极冰盖还未完全发育,全球海平面也被认为比现在高约20 m[70]。考虑地层剥蚀、压实沉降、载荷沉降、构造沉降及古水深变化,钟广法等[22,71]提出了基于地震超覆点法定量确定全球海平面变化幅度的定量模型,给出了巽他陆架地区上新世以来的海平面变化趋势(图2g):5.1 Ma BP前存在短暂的快速上升,之后总体呈下降趋势,并可细分为3个阶段:5.1~3.7 Ma BP,海平面高出现今海平面50~100 m,表明当时相对温暖的气候;随后,海平面逐渐下降,特别是3.7~2.2 Ma BP,下降速率较快,与此间发生的北极冰盖形成事件具有较好的对应关系;而中更新世至全新世海侵发生之前,海平面低于现在海平面60~100 m,说明上新世以来海平面升降变化主要受控于全球冰盖大小变动。红树林Sonneratia alba的系统生物地理分析也说明该物种种群水平上遗传多样性的降低主要与更新世冰期海平面变化密切相关,3.153 Ma BP和1.87 Ma BP 2个特征时间的海平面下降造成植物遗传谱系的变化[72]

5 结语

本文回顾了巽他地区在不同地质时期的海平面变化规律,在上新世时期海平面比现在高50~100 m,随后总体呈降低趋势,主要受控于冰盖的扩张。

第四纪冰盖的伸缩造成了海平面的周期性升降,但在不同时期的冰期间冰期海面高度各有差异,MIS5.5海平面高于现今海平面,而在MIS12,16时期,海平面低于末次盛冰期20多米,而近代由于全球变暖,海平面呈加速上升状态。了解到全球海平面变化的规律和机制将有助于我们准确预测未来海平面的变化趋势。未来我们还需要不断提高分析技术,采集挖掘更合适的样品,获得更精准的代表海平面变化的连续记录,并改善气候模型,为未来提供更准确的海平面变化预测。

The authors have declared that no competing interests exist.


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