龍雅婷，余克服，王瑞，馬一方，姜偉，范天來(lái)，張瑜，許慎棟

1. 廣西大學(xué)海洋學(xué)院，南寧 530004

2. 廣西南海珊瑚礁研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530004

3. 廣西大學(xué)中國(guó)珊瑚礁研究中心，南寧 530004

在過(guò)去幾十年里，全球珊瑚群落減少了將近50%[1]，珊瑚礁處于快速退化之中，氣候變化被認(rèn)為是導(dǎo)致珊瑚礁退化的主要驅(qū)動(dòng)力[2-4]。在全球變暖的背景下，不斷上升的海水溫度超過(guò)了珊瑚生存的上限溫度，引起珊瑚大量白化[5-6]。為了應(yīng)對(duì)氣候變暖的威脅，珊瑚棲息地可能向更高緯度區(qū)域轉(zhuǎn)移，相對(duì)高緯度珊瑚礁因此被視為珊瑚的避難所[7-8]。目前已在全球各地發(fā)現(xiàn)熱帶魚(yú)類以及熱帶珊瑚物種向相對(duì)高緯度珊瑚棲息地遷移的生態(tài)現(xiàn)象，如熱帶珊瑚礁魚(yú)類在澳大利亞?wèn)|南部的溫帶地區(qū)出現(xiàn)[8-9]；澳大利亞?wèn)|海岸的鹿角珊瑚（Acropora）棲息地也被觀察到向相對(duì)高緯度擴(kuò)張[10]；日本溫帶地區(qū)的4 種主要珊瑚種類(包括兩種在熱帶地區(qū)形成珊瑚礁的關(guān)鍵種類Acropora hyacinthus、Acropora muricata)的分布范圍自20 世紀(jì)30 年代以來(lái)以高達(dá)14 km/a 的速度向相對(duì)高緯度擴(kuò)展[8]；加勒比海地區(qū)和西大西洋地區(qū)的兩個(gè)珊瑚物種（Acropora cervicornis、Acropora palmata）也正沿著佛羅里達(dá)半島向高緯度擴(kuò)展活動(dòng)范圍，并進(jìn)入墨西哥灣北部[11]；西班牙東南部Torre Pirulico 地區(qū)（37°4′70″N）淺水出現(xiàn)大量的蟲(chóng)黃藻珊瑚（Oculina patagonica），使得原本以大型藻類占主導(dǎo)位置的地中海淺水群落轉(zhuǎn)變?yōu)橐陨汉鳛橹鞯娜郝鋄12]，并快速向高緯度擴(kuò)張[13]。

我國(guó)南海相對(duì)高緯度珊瑚對(duì)全球變暖也表現(xiàn)出積極響應(yīng)，如大亞灣、潿洲島珊瑚相比南海低緯度海區(qū)（如南沙群島、西沙群島）珊瑚具有更高的蟲(chóng)黃藻密度、葉綠素a 含量、組織生物量，并具有更厚的珊瑚組織厚度，珊瑚個(gè)體的健康狀況更好[14-15]；潿洲島珊瑚棲息地還發(fā)現(xiàn)大量澄黃濱珊瑚（Porites lutea）幼株，這種珊瑚具有更高的蟲(chóng)黃藻密度，對(duì)環(huán)境變化具有更強(qiáng)的耐受力[16]。在地質(zhì)歷史時(shí)期，大亞灣[17]、鹿回頭珊瑚礁[18]在暖期大量發(fā)育而在冷期發(fā)育停滯的特點(diǎn)也顯示了珊瑚對(duì)過(guò)去暖期的積極響應(yīng)。

潿洲島位于南海北緣相對(duì)高緯度海區(qū)，自全新世以來(lái)廣泛發(fā)育珊瑚礁[19-20]。珊瑚生長(zhǎng)的窄適性要求相對(duì)溫暖的水域環(huán)境，相對(duì)高緯度海區(qū)冬季的低溫則不利于珊瑚生存。潿洲島珊瑚在1906—2009 年有5 個(gè)冬季出現(xiàn)珊瑚冷白化[21]，冬季低溫是制約其珊瑚生長(zhǎng)和珊瑚礁發(fā)育的關(guān)鍵因素。重建潿洲島珊瑚礁發(fā)育的過(guò)程，對(duì)于了解珊瑚對(duì)過(guò)去氣候的響應(yīng)以及預(yù)測(cè)珊瑚礁的發(fā)育趨勢(shì)等具有重要科學(xué)意義。本研究于2018 年6 月在潿洲島北部珊瑚礁區(qū)鉆取GS-3 井，該井井深8.2 m，貫穿整個(gè)珊瑚礁層，底部到達(dá)火山碎屑基底。本文通過(guò)利用高精度鈾系測(cè)年技術(shù)獲取珊瑚年代以構(gòu)建珊瑚礁年代框架，結(jié)合沉積物粒度、生物組分、礦物成分分析等手段，重建了潿洲島全新世珊瑚礁的發(fā)育過(guò)程，并將發(fā)育過(guò)程與重建的歷史氣候和環(huán)境記錄進(jìn)行探討，了解珊瑚礁發(fā)育對(duì)過(guò)去冷、暖期的響應(yīng)，為潿洲島珊瑚礁歷史時(shí)期的避難所功能提供依據(jù)，并為未來(lái)珊瑚生長(zhǎng)及珊瑚礁發(fā)育狀況預(yù)測(cè)提供借鑒。

1 研究區(qū)域、材料和方法

1.1 研究區(qū)域及材料

潿洲島位于中國(guó)南海北部，處于熱帶北緣（圖1），整島總面積26 km2，是由火山噴發(fā)堆積而形成的島嶼[22-23]。該地屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均SST 為24. 6℃，月平均最高SST 平均值為30.4℃，月平均最低SST 平均值為17.3℃，年平均SST 與全球溫度距平呈準(zhǔn)同步變化趨勢(shì)[19]。海水溶解氧含量變化為5.40～8.69 mg /L，平均7.31 mg /L，全年無(wú)缺氧現(xiàn)象[24-26]。潿洲島珊瑚礁的發(fā)育受海溫及氣候的控制，除受到由全球變暖帶來(lái)的夏季高溫的影響外，還受到由冬季冷氣團(tuán)入侵帶來(lái)的冬季低溫的影響[27]。農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游業(yè)等密集的人類活動(dòng)加劇了潿洲島環(huán)境的惡化[28]。該島珊瑚礁覆蓋率急劇下降，從20 世紀(jì)80 年代的約50% 下降到2015 年的約6%[29]。

GS-3 井位于潿洲島北部珊瑚礁礁坪區(qū)中心位置（圖1），位于水下4.17 m，為本研究于2018 年6 月鉆取，鉆入深度8.2 m。該鉆井巖芯0～3.8 m 層段以灰白色珊瑚斷枝與珊瑚碎塊為主，含少量碎屑基質(zhì)，粒徑較粗；3.8～6.8 m 層段以灰白色碳酸巖碎屑基質(zhì)為主，其間含少量枝狀珊瑚斷枝，沉積物粒徑迅速變?。?.8～7.6 m 層段轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰攸S色陸源砂質(zhì)沉積為主的碎屑基質(zhì)，其間含少量塊狀珊瑚碎塊；7.6～8.2 m 層段為黃綠色火山碎屑泥。

圖1 研究區(qū)域位置圖[16]Fig.1 Location of the study area[16]

1.2 U-Th 測(cè)年

前人對(duì)南沙群島珊瑚礁鉆孔的研究提出，巖芯中表面結(jié)構(gòu)完好保存的珊瑚枝的鈾系年代能夠非常好地代表巖芯的沉積年代[30]。仿照這一方法，于巖芯中挑選出6 個(gè)表面細(xì)微結(jié)構(gòu)保存完好、新鮮致密的鹿角珊瑚（Acropora）枝樣品。6 個(gè)珊瑚枝位于鉆井0～5.57 m 層段，5.57 m 以下層段以陸源砂質(zhì)沉積為主，枝狀珊瑚極少，未能找到理想的測(cè)年樣品。珊瑚枝的集中分布導(dǎo)致部分層位的年代缺失是本文測(cè)年方法的主要局限性。本文利用微型電鋸等工具去除珊瑚表面的生物附著物等，取出珊瑚的中心潔凈部位，再將其進(jìn)行破碎、超聲波清洗、晾干和封存。之后在澳大利亞昆士蘭大學(xué)放射性同位素實(shí)驗(yàn)室利用多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（MC-ICP-MS）進(jìn)行鈾系年代測(cè)試，樣品的化學(xué)處理及實(shí)驗(yàn)流程參照實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)程序[30-31]。

1.3 粒度分析

依據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)[32-33]，以20 cm 為間距由頂及底依次取沉積樣品，利用干篩法進(jìn)行粒度分析。先將樣品用去離子水進(jìn)行清洗并烘干，然后利用2、1、0.5、0.25 、0.125、0.074 mm 的標(biāo)準(zhǔn)套篩將沉積物進(jìn)行篩分，再將各粒級(jí)沉積物在電子天平上分別稱重、記錄，最后計(jì)算其平均粒度、分選系數(shù)、偏態(tài)、峰態(tài)。

1.4 生物組分分析

以40 cm 為間距從頂部向底部依次取樣。依據(jù)先前的經(jīng)驗(yàn)[33-34]及巖芯觀察，珊瑚礁沉積物大于2 mm 粒級(jí)主要為珊瑚斷枝及珊瑚碎塊，小于1 mm沉積物則以陸源碎屑為主，故取1～2 mm 粒級(jí)珊瑚沉積進(jìn)行生物組分分析。首先將樣品進(jìn)行超聲清洗、烘干，然后在實(shí)體顯微鏡下對(duì)沉積物的細(xì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行分辨，將生物碎屑劃分為珊瑚、軟體動(dòng)物、珊瑚藻、有孔蟲(chóng)、仙掌藻和其他6 個(gè)類別，按顆粒數(shù)占比分別統(tǒng)計(jì)六大類生物組分所占比例。

1.5 礦物組分分析

以40 cm 為間距由頂及底依次取沉積樣品。首先將沉積物用去離子水經(jīng)超聲振蕩清洗，然后用瑪瑙研缽研磨。再利用日本理學(xué)（RIGAKU）Ultima IV型X 射線粉末衍射儀對(duì)樣品進(jìn)行分析，測(cè)試過(guò)程均由計(jì)算機(jī)全程控制，測(cè)定時(shí)保持試驗(yàn)條件相同。最后將儀器分析所獲的X 射線衍射圖譜利用Jade 軟件結(jié)合國(guó)際衍射數(shù)據(jù)中心（ICDD）發(fā)布的PDF 卡片進(jìn)行分析，用“自清洗法”計(jì)算樣品中文石、白云石、石英、高鎂方解石、低鎂方解石的相對(duì)占比[35]。

2 結(jié)果

2.1 珊瑚U-Th 年齡

鈾系測(cè)年結(jié)果如表1 所示，樣品平均U 含量為3.08×10-6，初始δ234U 平均值為146.5，且均在147±3 的范圍內(nèi)，與原始珊瑚和現(xiàn)代海水相當(dāng)[36]，這說(shuō)明珊瑚文石仍處于封閉系統(tǒng)中，沒(méi)有受到成巖作用的干擾。巖芯中的珊瑚年齡呈現(xiàn)出自上而下從新到老的年代序列，最新的年齡為-27±20 aBP（相對(duì)于公元1950 年），最老的年齡為3737±17 aBP，跨度為3764年。

表1 潿洲島GS-3 井珊瑚樣品U-Th 測(cè)年結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Table 1 U-Th dating results of coral samples from Well GS-3, Weizhou Island

2.2 潿洲島珊瑚礁沉積物組成特征

根據(jù)巖芯沉積物分析結(jié)果以及巖芯觀察（圖2），GS-3 井巖芯沉積物由頂及底可劃分為6 層，詳細(xì)的沉積物組成見(jiàn)表2。巖芯0～1 m 層位為原生文石質(zhì)珊瑚；巖芯1～6.8 m 以原生珊瑚為主，陸源砂質(zhì)組分由頂及底整體上呈增多的趨勢(shì)；6.8～7.6 m 轉(zhuǎn)變?yōu)殛懺瓷百|(zhì)輸入為主，原生珊瑚減少；7.6～8.2 m為火山碎屑泥基底。

表2 潿洲島GS-3 井珊瑚礁沉積物組成Table 2 Composition of coral reef sediments in Well GS-3 of Weizhou Island

圖2 潿洲島GS-3 井綜合沉積柱狀圖Fig.2 Integrated sedimentary column of wells GS-3 on Weizhou Island

3 討論

3.1 潿洲島珊瑚礁的發(fā)育過(guò)程及其階段性

GS-3 巖芯組成及礦物成分分析結(jié)果顯示，潿洲島珊瑚礁發(fā)育基底為火山碎屑泥，該沉積可能是潿洲島在早中更新世（1.42～0.49 Ma）和晚更新世（36～33 ka）火山活動(dòng)的產(chǎn)物[38]。潿洲島北部波浪頻率高但較平穩(wěn)，水動(dòng)力雖活躍但破壞作用小，在發(fā)育珊瑚礁之前，該區(qū)以陸源海相沉積為主[39]。在南海全新世高海平面時(shí)期[40]，海平面上升使得海水淹沒(méi)原有的陸源沉積，為珊瑚礁的發(fā)育提供了可容納空間。巖芯7.6～6.8 m 層段含珊瑚碎塊的陸源砂質(zhì)沉積記錄了潿洲島北部沉積環(huán)境從陸源砂質(zhì)沉積開(kāi)始向礁源沉積轉(zhuǎn)變的過(guò)程。鈾系年代結(jié)果顯示，潿洲島珊瑚礁GS-3 巖芯5.57 m 處的年齡為3737±17 aBP（相對(duì)于公元1950 年），表明潿洲島珊瑚礁至少于3700 年前以火山碎屑泥為基底開(kāi)始發(fā)育?；诖四甏?jì)算，潿洲島珊瑚礁在3737～2476 aBP以2.21 m/ka 的速率發(fā)育； 2476～2288 aBP，珊瑚礁發(fā)育速率減緩至0.64 m/ka； 2288～1191 aBP，其發(fā)育速率提高至1.13 m/ka； 1191～325 aBP，其發(fā)育速率下降至0.48 m/ka；325 aBP 至今，珊瑚礁發(fā)育速率迅速提升至1.85 m/ka。潿洲島珊瑚礁發(fā)育具有明顯的階段性，經(jīng)歷了3 個(gè)快速發(fā)育階段和2 個(gè)緩慢發(fā)育階段，快速發(fā)育階段的發(fā)育速率是緩慢發(fā)育階段的1.8～4.6 倍。

在 第 一 個(gè) 快 速 發(fā) 育 階 段（3737±17）～(2476±11) aBP，珊瑚礁先發(fā)育枝狀珊瑚和砂質(zhì)沉積，后轉(zhuǎn)向發(fā)育塊狀珊瑚，砂質(zhì)沉積含量減少，粒徑變粗。在第二個(gè)快速發(fā)育階段（2288±14）～(1191±17) aBP，珊瑚礁前期以發(fā)育塊狀珊瑚為主，砂質(zhì)沉積較少，后期陸源砂質(zhì)沉積增多。在第三個(gè)快速發(fā)育階段（325±34）～（-27±20 ）aBP，珊瑚礁以發(fā)育枝狀珊瑚為主，陸源砂質(zhì)沉積極少，粒徑粗。整體而言，潿洲島珊瑚礁快速發(fā)育時(shí)期具有發(fā)育枝狀或塊狀珊瑚、砂質(zhì)含量少、粒徑粗的特點(diǎn)，此外，珊瑚礁發(fā)育枝狀珊瑚時(shí)的發(fā)育速率較發(fā)育塊狀珊瑚時(shí)快。在第一個(gè)緩慢發(fā)育階段約(2476±11)～(2288±14) aBP，珊瑚礁以發(fā)育塊狀珊瑚為主，砂質(zhì)沉積含量少。在第二個(gè)緩慢發(fā)育階段（1191±17）～(325±34) aBP，珊瑚礁以發(fā)育塊狀珊瑚為主，陸源砂質(zhì)沉積含量多。整體而言，潿洲島珊瑚礁緩慢發(fā)育階段以發(fā)育塊狀珊瑚為主，且發(fā)育砂質(zhì)沉積越多，發(fā)育速率越慢。

3.2 氣候變化對(duì)潿洲島珊瑚礁發(fā)育的調(diào)控作用

潿洲島珊瑚礁階段性發(fā)育明顯，在3737～2476、2288～1191 以及325 aBP 以來(lái)潿洲島珊瑚礁快速發(fā)育，以發(fā)育枝狀或塊狀珊瑚、砂質(zhì)含量少、粒徑較粗為特征；在2476～2288、1191～325 aBP 珊瑚礁緩慢發(fā)育，以發(fā)育塊狀珊瑚、砂質(zhì)含量多為特征。潿洲島地處相對(duì)高緯度，冬季低溫是制約其珊瑚生長(zhǎng)和珊瑚礁發(fā)育的關(guān)鍵因素，氣候變化對(duì)珊瑚礁發(fā)育的調(diào)控作用可能是潿洲島珊瑚礁階段性發(fā)育的主要原因?；谏汉鹘赴l(fā)育速率與氣候背景的關(guān)系對(duì)比，潿洲島珊瑚礁第一個(gè)快速發(fā)育階段（3737±17）～(2476±11） aBP 與全新世大暖期（8500～3 000 aBP）后期對(duì)應(yīng)[41]；第二個(gè)快速發(fā)育階段（2288±14）～（1191±17 ）aBP 與羅馬暖期（約2250～1 650 aBP）和黑暗時(shí)代冷期（1650～1 150 aBP）對(duì)應(yīng)[42-43]；第三個(gè)快速發(fā)育階段（325±34）～（-27±20） aBP 與小冰期（450～100 aBP）中后期和現(xiàn)代暖期（約30 年以來(lái)）對(duì)應(yīng)[43]。而潿洲島珊瑚礁第一個(gè)緩慢發(fā)育階段（2 476±11）～（2288±14) aBP 與降溫期（約2 500 aBP）對(duì)應(yīng)；第二個(gè)緩慢發(fā)育階段（1191±17）～（325±34）aBP與黑暗時(shí)代冷期（1650～1 150 aBP）后期、中世紀(jì)氣候異常期(1050～550 aBP）、小冰期（450～100 aBP）前期大致對(duì)應(yīng)[43-44]。

在潿洲島珊瑚礁發(fā)育的第一個(gè)快速發(fā)育階段（3737±17)～(2476±11) aBP，潿洲島近岸底棲有孔蟲(chóng)殼體氧同位素指示了5000～4000 aBP 的年均氣溫較今高3～6℃[45]。珠江三角洲孢粉指示了該階段顯著高溫的氣候背景（圖3c）[46]。貴州董哥洞石筍δ18O指示了該階段強(qiáng)勁的東亞夏季風(fēng)（圖3d）[47]。潿洲島珊瑚礁在溫暖的氣候背景下開(kāi)始發(fā)育成礁。在珊瑚礁第二個(gè)快速發(fā)育階段（2288±14）～（1191±17） aBP，前期氣候背景以升溫、強(qiáng)東亞夏季風(fēng)為主要特征，后期氣溫在小范圍內(nèi)波動(dòng)，東亞夏季風(fēng)逐漸減弱（圖3）。在珊瑚礁的第三個(gè)快速發(fā)育階段（325±34）～（-27±20）aBP，高SST（圖3b）[48-49]、強(qiáng)東亞夏季風(fēng)（圖3d）是該時(shí)期的主要?dú)夂蛱卣?。潿洲島三個(gè)快速發(fā)育階段分別與全新世大暖期后期、羅馬暖期和黑暗時(shí)代冷期前中期、小冰期后期和現(xiàn)代暖期相對(duì)應(yīng)，其氣候背景均以高溫、強(qiáng)東亞夏季風(fēng)為特征，由此可見(jiàn)，溫暖的氣候?qū)迧u珊瑚生長(zhǎng)與珊瑚礁發(fā)育有利。黑暗時(shí)代冷期前中期、小冰期中后期與珊瑚礁快速發(fā)育階段對(duì)應(yīng)的結(jié)果可能是由于年代分辨率低，未能將珊瑚礁在羅馬暖期和黑暗時(shí)代冷期前中期、小冰期中后期和現(xiàn)代暖期的發(fā)育速率分離。潿洲島西南部珊瑚礁在黑暗時(shí)代冷期及小冰期發(fā)育慢，發(fā)育速率分別為0.1 和0.2 m/ka；在中世紀(jì)暖期和現(xiàn)代暖期發(fā)育較快，發(fā)育速率分別為4.1 和2.2 m/ka[50]。整體來(lái)說(shuō)，潿洲島快速發(fā)育階段與暖期對(duì)應(yīng)，暖期珊瑚礁發(fā)育快。

在潿洲島珊瑚礁第一個(gè)緩慢發(fā)育階段（2476±11）～（2288±14） aBP，雷州半島珊瑚Sr/Ca 指示的SST 顯著下降（圖3b），并與珠江三角洲孢粉指示的氣溫驟降同步（圖3c）。貴州董哥洞石筍δ18O 指示了該階段弱東亞夏季風(fēng)特征（圖3d）。在第二個(gè)緩慢發(fā)育階段（1191±17）～（325±34） aBP，氣溫在該階段前期先增后降，并在1℃以內(nèi)波動(dòng)，在后期氣溫顯著下降2℃（圖3c）。東亞夏季風(fēng)在該階段中期強(qiáng)度增強(qiáng)，但整體與全新世大暖期，羅馬暖期以及現(xiàn)代暖期相比處于較弱水平（圖3d）[47]。潿洲島兩個(gè)緩慢發(fā)育階段與降溫期（約2 500aBP）、黑暗時(shí)代冷期后期和中世紀(jì)氣候異常期以及小冰期前期對(duì)應(yīng)[43]，其氣候背景均以顯著降溫、弱東亞夏季風(fēng)為特征，由此可見(jiàn)，寒冷的氣候?qū)迧u珊瑚生長(zhǎng)與珊瑚礁發(fā)育不利。中世紀(jì)氣候異常期是一個(gè)自然暖期，該時(shí)期與珊瑚礁緩慢發(fā)育階段對(duì)應(yīng)的結(jié)果可能是由于該時(shí)期頻繁的ENSO 事件帶來(lái)的極端風(fēng)浪直接破壞珊瑚礁，珊瑚礁厚度變薄，計(jì)算所得的發(fā)育速率偏小。整體來(lái)說(shuō)，潿洲島緩慢發(fā)育階段與冷期對(duì)應(yīng)，冷期珊瑚礁發(fā)育慢。

全新世珊瑚礁階段性發(fā)育在全球各海區(qū)廣泛存在[18,34,51]，海平面、溫度和氣候等環(huán)境因子是導(dǎo)致珊瑚礁階段性發(fā)育的主要因素[52-53]。琉球群島的石垣島珊瑚礁發(fā)育速率從7800～5 800 aBP 的7.5 m/ka降到5 800 aBP 的3.5 m/ka，珊瑚礁發(fā)育速率的下降被認(rèn)為與海平面上升變緩導(dǎo)致珊瑚生長(zhǎng)空間受限有關(guān)[54]。在日本海域發(fā)現(xiàn)的約5900～5 800、約4400～4 000 以及約3300～3 200 aBP 出現(xiàn)的全新世珊瑚礁發(fā)育間斷被認(rèn)為與黑潮活動(dòng)減弱引發(fā)的SST 下降有關(guān)[55]。巴拿馬海區(qū)珊瑚礁在約4000～2 500 aBP的發(fā)育間斷則被歸因于ENSO 事件頻發(fā)[34]。

在潿洲島珊瑚礁發(fā)育緩慢時(shí)期，即2476～2288、1191～325 aBP，雷州半島珊瑚記錄了2800～2 000 aBP高海平面的存在[40]，且在約1200 aBP，海平面至少比現(xiàn)在高1.28 m[56]。GS-3 鉆井測(cè)年珊瑚深度信息及野外鉆井水深記錄數(shù)據(jù)顯示，珊瑚礁在發(fā)育緩慢時(shí)期發(fā)育于現(xiàn)代海平面以下約6.95～6.83 以及5.58～6.16 m。南海珊瑚指示的相對(duì)海平面記錄了相對(duì)海平面從中全新世開(kāi)始持續(xù)下降，但在兩個(gè)緩慢發(fā)育時(shí)期并無(wú)顯著的海平面驟降，海平面變化幅度小于1 m（圖3f）[57]，能夠?yàn)樯汉鹘赴l(fā)育提供足夠的生存空間。相對(duì)海平面的降低不應(yīng)為潿洲島珊瑚礁發(fā)育的限制因素。在潿洲島珊瑚礁第三個(gè)快速發(fā)育時(shí)期（約300 aBP 至現(xiàn)在），海平面接近現(xiàn)代海平面，低于緩慢發(fā)育時(shí)期的海平面，進(jìn)一步證實(shí)了海平面波動(dòng)不是潿洲島珊瑚礁發(fā)育的主要限制因素。

圖3 4 000 年來(lái)潿洲島珊瑚礁的發(fā)育速率與古氣候代用指標(biāo)的對(duì)比a. 潿洲島珊瑚礁發(fā)育速率: 全新世大暖期[41]; 羅馬暖期[42]; 黑暗時(shí)代冷期, 中世紀(jì)氣候異常期, 小冰期和現(xiàn)代暖期[43]; 粉色陰影和藍(lán)陰影分別代表暖期和冷期; b. 南海雷州半島珊瑚Sr/Ca 指示的SST[48-49]:紅點(diǎn)表示平均最大SST, 黃點(diǎn)表示年平均SST, 藍(lán)點(diǎn)表示平均最小SST; c. 珠江三角洲孢粉 指示的 氣溫[46]; d. 貴州董哥洞石筍δ18O 指示的東亞夏季風(fēng)[47]; e. 赤道東 太平洋 沿岸湖 泊紋層 色度指 示的ENSO 活動(dòng)[60]; f. 珊瑚指示的南海相對(duì)海平面[57]。Fig.3 Correlation between the development rate of coral reefs on Weizhou Island and paleoclimate proxy in the past 4 000 years(a) Coral reef development rate on Weizhou island: Megathermal[41]; Roman Warm Period[42]; Dark Age Cold, Medieval Climate Anomaly, Little Ice Age and Current Warm Period[43]; Pink-shaded bars and blue-shaded bars represent warm and cold periods, respectively; (b) SST indicated by coral from Leizhou Peninsula in the South China Sea, refers to Yu et al, 2005[48] and Wei et al, 2004[49]: red dot indicates the mean maximum SST, yellow dot indicates the mean annual SST and blue dot indicates the mean minimum SST; (c)Temperature indicated by sporopollen in the Zhujiang Delta, refers to Li et al, 1991[46]; (d) East Asian summer monsoon indicated by δ18O of Dongge cave in Guizhou, refers to Conroy et al, 2008[47]; (e) ENSO variability indicated by red color intensity of lake sediments on the coast of eastern equatorial pacific area, refers to Moy et al, 2002[60]; (f) Relative sea level indicated by coral in the South China Sea, refers to Yu et al, 2012[57].

潿洲島珊瑚礁處于相對(duì)高緯度，冬季的大幅度降溫過(guò)程或低溫事件直接威脅著珊瑚的生存[21]。在暖期，溫暖的氣候帶來(lái)的冬季海水溫度的上升能夠幫助相對(duì)高緯度珊瑚擺脫低溫威脅，從而提高珊瑚礁的發(fā)育速率。強(qiáng)勁的東亞夏季風(fēng)能夠促進(jìn)南海北部環(huán)流和黑潮將較暖的海水以及熱帶珊瑚幼蟲(chóng)從南海和印度-太平洋暖池輸送到相對(duì)高緯度地區(qū)，有利于珊瑚生長(zhǎng)和珊瑚礁發(fā)育[17]。在冷期，東亞夏季風(fēng)減弱使得冬季海溫下降，過(guò)低的冬季海溫會(huì)引起珊瑚的冷白化，對(duì)珊瑚生長(zhǎng)不利甚至導(dǎo)致珊瑚死亡[58]，從而降低珊瑚礁的發(fā)育速率。已有報(bào)道表明雷州半島珊瑚礁在7500～7000 aBP 發(fā)生的多次冷白化事件是由異常東亞季風(fēng)引起的冬季極端低溫導(dǎo)致[59]。潿洲島珊瑚礁快速發(fā)育階段與全新世大暖期（8500～3 000 aBP）后期、羅馬暖期（約2250～1 650 aBP）以及現(xiàn)代暖期（30 年以來(lái)）大致對(duì)應(yīng)；緩慢發(fā)育階段與降溫期（約2 500 aBP）、黑暗時(shí)代冷期（1650～1 150 aBP）后期、中世紀(jì)氣候異常期（1050～550 aBP）、小冰期（450～100 aBP）前期大致對(duì)應(yīng)?？傮w而言，相對(duì)高緯度的潿洲島珊瑚礁的發(fā)育快慢受氣候冷暖所調(diào)控，暖期的氣候有利于珊瑚生長(zhǎng)和珊瑚礁發(fā)育，冷期珊瑚礁發(fā)育慢。

潿洲島珊瑚礁位于熱帶北緣，處于相對(duì)高緯度，依據(jù)避難所理論，潿洲島珊瑚礁是南海珊瑚的潛在避難所。潿洲島北部珊瑚礁至少于3700 年前在全新世大暖期的氣候背景下開(kāi)始發(fā)育，其發(fā)育速率高低的交替變化與暖冷期的轉(zhuǎn)變基本一致，暖期珊瑚礁發(fā)育快，冷期發(fā)育慢。進(jìn)入現(xiàn)代暖期以來(lái)，潿洲島北部珊瑚礁發(fā)育枝狀珊瑚且沉積物中珊瑚文石含量達(dá)發(fā)育歷史中的最高值，珊瑚礁發(fā)育速率在現(xiàn)代暖期僅次于全新世大暖期，處于珊瑚礁發(fā)育的鼎盛時(shí)期。潿洲島北部珊瑚礁發(fā)育過(guò)程及其對(duì)過(guò)去暖期的積極響應(yīng)為潿洲島珊瑚礁在歷史時(shí)期的避難所功能提供了科學(xué)依據(jù)。潿洲島珊瑚礁在現(xiàn)代暖期的鼎盛發(fā)育指示了其作為全球變暖背景下南海珊瑚避難所的潛力。

4 結(jié)論

（1）潿洲島北部珊瑚礁至少于3 700 aBP 開(kāi)始發(fā)育至今。（3737±17）～（2476±11） aBP、（2288±14）～（1191±17） aBP、（325±34）aBP 以來(lái)3 個(gè)時(shí)期為潿洲島珊瑚礁快速發(fā)育期，發(fā)育速率分別為2.21、1.13及1.85 m/ka；（2476±11）～（2288±14） aBP 和（1191±17）～（325±34） aBP 兩個(gè)時(shí)期為潿洲島珊瑚礁緩慢發(fā)育期，發(fā)育速率分別為0.64 、0.48 m/ka?？焖侔l(fā)育期的發(fā)育速率是緩慢發(fā)育期的1.8～4.6 倍。

（2）潿洲島珊瑚礁快速發(fā)育期與暖期（全新世大暖期后期、羅馬暖期以及現(xiàn)代暖期）大致對(duì)應(yīng)，緩慢發(fā)育期與冷期（2 500 aBP 降溫期、黑暗時(shí)代冷期后期、中世紀(jì)氣候異常期、小冰期前期）大致對(duì)應(yīng)。

（3）潿洲島珊瑚礁的發(fā)育快慢受氣候冷暖所調(diào)控，溫暖的氣候有利于珊瑚礁發(fā)育，而寒冷的氣候?qū)ι汉鹘赴l(fā)育不利。潿洲島珊瑚礁發(fā)育對(duì)現(xiàn)代暖期氣候變暖的積極響應(yīng)指示了其作為全球變暖背景下南海珊瑚避難所的潛力。

致謝：澳大利亞昆士蘭大學(xué)放射性同位素實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)樣品的鈾系年代測(cè)定。