全新世适宜期南海北部造礁珊瑚钙化及海洋碳循环意义研究

理论研究认为，大气CO2浓度增加引起全球升温，并通过海气界面交换使海洋酸化，从而导致造礁珊瑚钙化减小。然而，对南海现代造礁珊瑚记录研究发现，近几十年来珊瑚生长率升高、密度变小具有普遍性而其钙化率变化则较复杂，说明海洋酸化和全球升温对珊瑚钙化的影响并不象理论推测的那样简单。本研究拟在南海北部海南岛沿岸采集全新世适宜期（3000-7000 a BP）块状滨珊瑚样品，测量其生长率、密度和钙化率以建立基本连续的生长参数序列，同时，分析其氧碳同位素组成和化学成分Sr和Ca含量。研究没有人类活动影响下珊瑚钙化的基本特征及其在季节、年际、年代际和千年尺度上的变化规律。以珊瑚氧碳同位素组成和化学成分Sr/Ca比值为基础重建全新世适宜期温度、光照和盐度，分辨这些参数在不同时间尺度上对珊瑚钙化的贡献，从而为客观评价和应对现代海洋酸化和全球升温对珊瑚影响提供地质时期珊瑚生长参考型。

对南海北部化石珊瑚全面调研、采样及其年代、X光影像、生长参数和氧碳同位素分析表明，3600-6800年是全新世环境和气候条件最佳期且海平面比现代高，尤其是5000-5500年是珊瑚礁最发育且海平面最高时期，然而，0-3600和6800-10000年气候和海洋环境不佳，海平面比现代低。珊瑚生长层与现代相似，由高低密度带交替组成，高密度带较宽，高低密度带对比度明显，年层最清楚，次级半年纹层次之，次级月纹层在P. lobata中较明显；钙化率、密度和生长率与现代接近且变化较小，指示影响珊瑚钙化的因素变化较小，随年代变新，三个生长参数增加和减小交替进行，指示珊瑚礁发展和衰退也是交替进行的；珊瑚钙化主要影响因素是日照、温度、盐度、季风降雨、营养、地理位置、潮汐和月光等。珊瑚δ18O变化较小因其影响因素较简单，主要是温度和盐度，变化较小，而且主要发生动力分馏，尤其是在全新世早-中期，珊瑚δ18O季节和年际变化增强，且其平均、最大和最小值均比现代高，指示亚洲冬季风增强而夏季风减弱使降雨量和海岸淡水注入量减小，而海水蒸发、垂向对流及其南海和太平洋间交换却增大导致温度比现代低而盐度比现代高。相比之下，珊瑚δ18O变化较大较复杂因其影响因素较复杂，而且同时发生代谢和动力分馏，只是在不同时期，由于环境因素和珊瑚内在生物因素影响程度不同使这两种分馏发生强度不同，从而导致珊瑚碳同位素组成变化也不同；日照、海水碳同位素、盐度和营养物增加而温度减小使珊瑚光合作用增强代谢作用减弱导致其碳同位素代谢分馏比动力分馏强，从而，珊瑚δ13C增加，反之亦然；显然，光照在珊瑚碳同位素变化中起着非常重要而关键的作用。全新世珊瑚氧碳同位素季节性和年际变化都受地球轨道驱动的日照变化控制的亚洲季风变化影响，因此，同一珊瑚氧和碳同位素组成变化又具有一致性特点。分析显示，在没有人类活动影响的全新世，珊瑚钙化与现代存在明显差异，指示其影响因素及其变化存在明显差异，这无疑为客观评价和应对现代海洋酸化和全球升温对珊瑚影响提供了重要依据。