第四纪研究  2015, Vol.35 Issue (2): 354-362   PDF    
微环礁的高分辨率海平面指示意义
杨红强①, ②, 余克服①, ②    
(①. 广西大学珊瑚礁研究中心, 南宁  530004;②. 中国科学院南海海洋研究所, 边缘海地质重点实验室, 广州  510301)
摘要    微环礁由生长在珊瑚礁礁坪呈环带状结构的造礁珊瑚所形成,通常顶面死亡、周缘存活,是在海平面作用下形成的一种特殊的珊瑚结构.因为微环礁的生长上限严格受控于海平面,因此能指示厘米级上的海平面变化.利用微环礁与海平面之间的关系,国内外开展了一系列高分辨率的海平面变化研究,主要表现在:1)在构造稳定的区域,微环礁的环状生长条带能记录海平面在年际尺度上的波动,如重建近百年来的年分辨率的海平面变化历史、重建全新世不同时段海平面在年代际尺度上的波动等; 2)在构造活动的区域,微环礁高精度指示海平面位置的功能能较好地指示相对海平面的变化,因此可用于记录地震导致的抬升或沉降,进而用来恢复古地震发生的时间和强度等,服务于发震机理的研究; 3)在赤道太平洋区域,ENSO对海平面的影响也能够在微环礁的骨骼中记录下来.微环礁在南海有广泛的分布,为重建南海海平面的高分辨率变化历史提供了很好的材料.
主题词     海平面    珊瑚礁    微环礁    新构造    ENSO    
中图分类号     P736;P731.23                    文献标识码    

海平面上升是目前国际社会普遍关注的全球性重大主题之一。IPCC AR5估计到21世纪末全球海平面上升29-96cm,这个结论较2007年发布的IPCC AR4估计的全球海平面上升的18-59cm高出不少[1]。也有学者认为21世纪末海平面将上升1-2m[2, 3, 4],甚至超过2m[5, 6]。预估未来海平面变化,关键是要了解过去海平面的波动历史[7, 8, 9],这在很大程度上依赖于卫星高度计资料和验潮站的观测记录,但卫星TOPEX/POSEDION(T/P)海平面高度记录开始于1992年,尚不足以预测长期的海平面变化[10]。而覆盖面相对广、 时间序列相对较长的验潮站资料,一方面分布不均匀,另一方面经常受到站址搬迁、 观测精度等的影响,不同站点以及同一站点不同时间段的资料缺少可比性,这在很大程度上限制了对过去海平面变化规律的认识。如早期的验潮站主要服务于航运等,故绝大部分设于港口、 河口或者是海湾,之后由于港口扩建、 河口三角洲的扩大、 围海造陆等因素影响,常常导致所记录的海平面数据不能用于分析海平面变化历史[7, 8]。因此,迫切需要加强过去较长时间以来海平面变化过程的研究。

微环礁(microatolls),由生长在珊瑚礁的礁坪上、 呈环带状结构的造礁珊瑚构成,通常顶面死亡、 周缘存活,是在海平面作用下形成的一种特殊的珊瑚结构。微环礁的生长上限严格受到潮汐的控制,是理想的海平面标志物[11, 12, 13, 14, 15]。本文综述微环礁在认识过去海平面变化过程中的作用,希望有助于认识海平面的历史过程,也为南海历史时期海平面的重建研究提供借鉴。

1 微环礁的定义和特征

微环礁是生长在珊瑚礁礁坪通常具有死的平顶(或平顶中间有凹陷)、 圆周被活珊瑚围绕生长呈环带状的造礁珊瑚[15, 16]。达尔文[17]第一次描述微环礁为珊瑚块(coral head,coral block); Krempf[18]首次称它为微环礁(micro-atoll),但他没有给出定义; 1978年,Scoffin和Stoddart[19]正式详细地定义和描述了微环礁。微环礁在印度洋-太平洋礁区普遍发育,在加勒比礁区则时有出现。多种珊瑚能形成微环礁,Rosen[20]的调查中发现在大堡礁北部有23属的43种造礁珊瑚能形成微环礁,我国西沙群岛也发育大量活的珊瑚微环礁( 图1)。大部分微环礁为团块状造礁珊瑚( 图1a1b1c),然而也有枝状( 图1d)或叶片状造礁珊瑚形成的微环礁。微环礁向上生长时由于低水位限制导致长期暴露,珊瑚虫转而向四周生长,进而形成微环礁。由于微环礁顶面活珊瑚的存活取决于浸没于海水或者暴露出水面,微环礁与海平面的变化有着极为密切的关系( 图2)。珊瑚虫对露出水面时间长短的容忍度决定了微环礁的高度,Goniastrea和Platygyra珊瑚虫的耐受性要好一些[21],因此即使位于同一礁坪,它们的高度要普遍比滨珊瑚形成的微环礁高一些。

图1 生长在南海西沙群岛的微环礁 a)水下正在生长的滨珊瑚微环礁(Porites lutea); (b)低潮时顶面露出海面的双子滨珊瑚微环礁(Porites lutea);(c)扁脑珊瑚形成的珊瑚微环礁(Platygyr apini);(d)枝状滨珊瑚形成的微环礁(Porites cylindrica) Fig.1 Living microatolls on Xisha Islands,the South China Sea.(a)Living Porites microatoll underwater;(b)Double Porites microatolls exposed at low tide;(c)Living Platygyra microatoll underwater;(d)Branching Porites microatoll underwater

尽管有多种造礁珊瑚能形成微环礁,但块状滨珊瑚的骨骼在生长过程中会形成容易识别的不同密度的条带,一对生长条带代表珊瑚骨骼一年的增加量[22],并且块状滨珊瑚(Porites)能连续生长,可以长时间记录环境气候信息,更好地用作恢复古气候古环境的代用指标[23]。对滨珊瑚骨骼切割成薄板,肉眼即可识别年分辨率的生长条带,如果对滨珊瑚骨骼顺生长轴切成薄板实施X光照射[22]或者是紫外线光照射,能更加清楚显示出珊瑚骨骼的生长纹层。这些生长纹层能清楚识别出最初的块状珊瑚不断向上生长直至接近海平面( 图2-a); 当海平面不变并且地表稳定时微环礁顶面高度保持不变珊瑚虫向外缘生长( 图2-b); 当海平面突然下降或者是地壳变动导致微环礁抬升时珊瑚虫可在低处继续生长( 图2-c); 因海平面上升或者是地表沉降,珊瑚虫再次向上生长( 图2-d); 而从生长纹层能非常直观地看出海平面波动或是地表变动。滨珊瑚微环礁的年生长率在1-2cm,活的滨珊瑚微环礁直径达数米,能连续生长数个世纪。一些化石微环礁直径更大,在大堡礁几个区域都发现了直径超过6m的化石滨珊瑚微环礁[24]; 夏威夷的Kaneohe海湾见直径超过7m的化石滨珊瑚微环礁[25]; 马里亚纳群岛的Pagan岛的一个化石微环礁直径超过9m,它的中心记录的年龄为 2195±80年,它的最外缘记录的则是 1535±130年,跨度了500多年[26]; Yu等[21]在中国雷州半岛南端发现一个直径达9.6m的化石滨珊瑚微环礁,中心的年龄为 7009±41年。一个滨珊瑚微环礁能高分辨率、 原位、 连续记录一个地点数百年的古海平面和古环境信息。因此,滨珊瑚微环礁能成为器测记录外绝佳的古海平面和构造事件代用指标。

图2 微环礁的生长纹层和海平面波动之间或地表变动之间的关系 图引自Yu等[21],反映了微环礁生长对海平面变化或地表抬升和沉降的响应细节 a—最初的块状珊瑚一直向上生长接近海平面; b—珊瑚抵达生长上限后,海平面保持不变(同时地表保持稳定)向上生长终止,开始横向生长; c—随着海平面降低(或是地表抬升),珊瑚的最高生长上限也随之降低,珊瑚在低海平面情况下横向生长; d—随后,海平面又开始上升(或者是地表沉降),珊瑚将向上向外生长,一直长到生长上限; e—如果海平面继续上升(或者地表持续沉降),珊瑚甚至覆盖着老的死亡面继续向上向外生长,直到它们的生长上限; f—最后,海平面下降(或者地表抬升),珊瑚又将在低处仅向横向生长 Fig.2 Relationship between microatoll growth bands and sea level changes or surficial movements. The picture is from Yu et al.[21]. It depicts the effect of sea level fluctuations or surficial movements on microatoll growth. (a)The coral can always grow until it reaches the highest level of survival(HLS). (b)Under unchanged sea level and stable surficial movements,the coral will grow laterally below HLS. (c)As sea level drops or surficial uplift,lateral growth of corals develops into a new HLS which is a lower outer rim around a higher center. (d)Under sea level rise or surficial subsidence,coral will grow both upward and form a higher HLS. (e)If sea level rise or surficial subsidence continually,coral will grow upward until it reaches a new HLS. (f)As sea level drops or surficial uplift,the HLS drops and coral only grow laterally

在远离大陆缺乏验潮站的偏远岛礁,微环礁有(本文除特别指出外均为滨珊瑚微环礁)在一定程度上替代验潮站的功用。但应用微环礁恢复海平面需要注意以下几点:1)确定微环礁是否为原位生长,外力如风暴等可以使微环礁搬离原位失去指示海平面的作用; 2)化石微环礁死的顶面在严酷的热带条件下很容易被风化剥蚀,使用其顶面形态恢复古海平面应特别小心; 3)露出低海面并非导致微环礁顶面死亡的惟一原因,海面温度过高导致珊瑚白化死亡和珊瑚疾病等都是可能的原因,应综合判定; 4)微环礁骨骼在反应海平面变化时因为其生长率的原因存在滞后性,分析时应加以考虑。

2 微环礁所记录海平面的原理 2.1 对相对海平面的高分辨率记录

在构造稳定的地区,微环礁经常被用作恢复历史相对海平面变化[13, 14, 15]。由于微环礁顶面活珊瑚的存活取决浸没于海水或者露出水面,微环礁与海平面的变化有着极为密切的关系( 图2)。在一些热带海域的礁坪上生长着大量的微环礁,它们的顶面与海平面的垂直距离却惊人的一致[14],Smithers和Woodroffe[14]在南印度洋的科科斯群岛礁坪上选择了19个点对282个微环礁进行了详细的调查,结果表明微环礁的生长上限均严格受控于海平面,微环礁与海平面之间距离的平均差异在2cm之内。微环礁生长上限主要受潮差的控制,绝大部分微环礁都发育在小潮差或者是中等潮差的礁区; 在中等潮差的中央大堡礁区,同一开阔礁坪的微环礁生长上限的高差在±10cm[27]。南印度洋科科斯环礁具有小的潮差,同一生长区的微环礁生长上限的高差在±5cm之内[14]。生长在大堡礁区开阔海域里的微环礁,那里潮汐自由升降完全不受礁地貌的影响,它们的生长高度主要受控于平均大潮低潮面(MLWS)[16]; 在小潮差的科科斯群岛,大部分开阔水域的微环礁的生长上限超过潮汐基准面,基本上位于平均大潮低潮面(MLWS)和平均小潮低潮面之间(MLWN)[14]。类似的情形均反映了潮汐高差引起的海平面波动限制了科科斯群岛和其他位于大洋中部微环礁的向上生长,同样是小潮差位于赤道太平洋的库克群岛的微环礁亦如此[12]

微环礁常用来高精度重建海平面的年际波动历史[12, 13, 15],甚至可以精确到月分辨率[28]。滨珊瑚骨骼X光照片或者是用紫外线光照射,可以看到非常清晰的生长纹层,这些生长纹层能清楚反映出珊瑚年际尺度(甚至是月)分辨率。最初的块状珊瑚向上生长到海平面附近( 图2-a),或者是横向生长(海平面不变)( 图2-b),或者是向低处生长(海平面下降)( 图2-c),或者再次追赶海平面(海平面上升)。通过对整个滨珊瑚生命过程的生长纹层的计数分析,能很好的重建海平面波动历史。微环礁的生长率大概为1cm/a[21],一个直径为1m的微环礁能记录海平面时间约为50年,直径为数米以上的微环礁记录的时间则长达几个世纪。一个区域如果发育众多年龄相似的微环礁,对它们记录的海平面信息联合分析,则能更为准确地重建海平面变化曲线[13]。并且现代微环礁经常发育于化石微环礁附近,它们之间的高差可以直接进行对比,能非常直观地看出海平面的变化[29]。由于微环礁上部边缘和低潮面之间精准的关系,微环礁已起到替代验潮站的功能,成功应用于重建过去数十年和数百年之间海平面的波动[13, 15]

2.2 对新构造活动的记录

2004年12月26日苏门答腊岛到安达曼群岛西侧海沟发生了9.2级地震,并引发了巨大的海啸,造成了30.5万人死亡,此次海啸夺走的生命超过了历史上历次海啸造成死亡人数的总和[30]。时隔3个多月,于2005年3月28日该地区又发生了8.7级地震。同样在苏门答腊断裂带上,2012年4月11日再一次发生了8.6级的板内走滑地震。苏门答腊断裂带频繁发生的大地震引起科学家的广泛关注。而在苏门答腊海域的岛屿上发育着众多活体微环礁和化石微环礁,由于微环礁准确的海平面指示意义,使其能高精度地记录断裂带活动引起的地壳形变,无论是大地震瞬间造成的地表抬升,或者是长期缓慢的震间形变。

在新构造活动频繁的海岸带或者岛屿,微环礁被用作记录地震导致地表的快速升降[31]或者是用来追踪板块活动活跃带缓慢的地表变形[32]。大的地震能导致地表急剧上升或者下降,生长在地震区域礁坪的微环礁会伴随着地震急剧上升或者是下降( 图2),即微环礁随着地表上升暴露出海面导致顶面珊瑚虫死亡,在微环礁外围接触海面的部分珊瑚虫会重新生长形成新的同心圆轮次,两者之间的高差,即为微环礁当时垂直上升的高度,对死亡顶面准确定年可以确定古地震发生的时间,同时根据高差可以判定古地震导致的地表上升幅度,甚至可以推断古地震发生的强度[33],这在研究史前地震或者是缺乏器测记录的偏远岛礁有着重要的意义。采用类似的方法也可以计算出地震导致没入水中的微环礁所记录的古地震的地表沉降幅度[31]。微环礁在记录地表变动幅度的精度虽不如GPS,但其有独特的优势,Subarya等[34]通过研究2004年苏门答腊安达曼大地震地表抬升记录,发现微环礁在记录精度上比GPS稍差,但不同区域众多的微环礁可以形成密集的阵列,能获取更加丰富的数据去计算破裂带的位移程度。

地震引起的同震地壳形变具有突然性并且相对容易记录,而在地震平静期的地壳形变是在应力长期积累下的缓慢变形,时间跨度在数十年甚至数百年,因此即使在科技发达的今天获取精确的长期记录依旧是个难题(GPS和遥感卫星所记录的时间太短)。微环礁骨骼的生长轮次可以精准地记录相对海平面升降(地表升降)[31],借助珊瑚骨骼X光照片可以清晰地辨别年分辨率的生长轮次,而每个生长轮次记录着地表缓慢抬升或下降的幅度,因而直径巨大的微环礁可以记录地壳长期缓慢的变形[35]。微环礁能连续生长100年以上,可以长尺度的记录地表的缓慢变形; 准确测年的化石微环礁也具有恢复古地壳缓慢形变和探索古地震发震机制的潜力。

2.3 记录ENSO对海平面的影响

强的ENSO事件能导致局部海域海平面大幅下降或上升[36, 37],ENSO现象明显的年份西部赤道太平洋海平面大幅下降,东部赤道太平洋海平面大幅上升[38, 39, 40]。图瓦卢的富纳富提环礁(Funafuti Atoll)的验潮站记录到1982年到1983年间强ENSO导致达35cm的海平面下降[37],海平面大幅下降能导致生长在礁坪上严格受控于海平面的微环礁顶部珊瑚虫死亡,从而记录ENSO事件。库克群岛的Tongareva环礁的滨珊瑚骨骼直接记录了1983年强ENSO导致的海平面大幅下降(大于20cm)[41]。强ENSO期间能导致赤道信风带发生变化,信风驱使局部海平面上升,而海平面的快速上升会使微环礁周缘迅速向上生长形成明显的ENSO轮次[42]

3 微环礁所记录海平面的研究进展 3.1 微环礁记录的近代海平面变化

在构造运动相对稳定的区域,微环礁能被用作高分辨率的重建近代年际海平面变化的精准代用指标[14, 15]。Woodroffe和McLean[15]在太平洋基里巴斯共和国的Abemama环礁选取了一个小的活微环礁(生长期从1973年到1989年)进行切割和X光照相分析,很好地反映了从1973年到1989年该环礁海域年际海平面波动,并与临近的Tarawa验潮站的器测数据进行了对比,两者的年际海平面波动曲线吻合度非常高。Smithers和Woodroffe[13]在东印度洋的科科斯环礁选取了两个大的活微环礁(一个直径3.3m,另一个直径2.7m),生长跨度从1893年到1992年,刚好记录了100年的科科斯环礁的海平面变化,结果表明该海域的海平面在100年期间以缓慢的速度上升(0.35mm/a)。在基里巴斯共和国的Abaiang环礁,Flora和Ely[28]对生长在礁坪上的10个活微环礁的上表面生长轮次进行了3年的现场观察和测量,同时对比微环礁骨骼的X光照片,得出了微环礁记录海平面有达到季节分辨率甚至是月分辨率的潜力。

3.2 微环礁记录的中晚全新世海平面变化

印度洋-太平洋礁区存在大量的化石微环礁[11, 21, 43],通过 14C 或U系测年能准确地测定其死亡年代[21],利用微环礁的海平面功能很好地重建地质时期海平面波动。Chappell等[27, 44]采用微环礁作为代用指标,在大堡礁从南至北横跨上千公里选取11个点的微环礁进行 14C 测年,获得了45个年龄数据,结果表明在大约5500a B.P. 到6000a B.P. 前大堡礁海域存在比现今海平面高约1m的高海面期; Pirazzoli等[45]利用微环礁结合其他代用指标确定出太平洋波利尼西亚的土阿莫土环礁在大约4000a B.P. 存在 0.8±0.2m的高海平面; 在东印度洋的科科斯环礁,Woodroffe等[46]对12个原位化石微环礁进行分析,它们的年龄为3300a B.P. 到2500a B.P. 之间,那时的海平面比现今高约 0.6±0.2m; Woodroffe等[47]还在澳大利亚和巴布亚新几内亚之间的托雷斯海峡也利用化石微环礁结合钻孔资料的放射性测年数据,认为在该地区中晚全新世存在高海平面期,并且海平面在5900a B.P. 到2740a B.P. 间逐步回落; Woodroffe和McLean[48]应用类似的方法,发现远在中东部太平洋的基里巴斯的Kiribati岛在中晚全新世也存在0.5m到1.0m的高海平面; Azmy等[49]在印度尼西亚爪哇岛北岸一个全新世珊瑚礁露头发现两个化石微环礁在同一剖面的不同高度(高差0.7m,最上部的微环礁高于现今海面1.5m),通过测年分别处于 7090±90a B.P. 和 6960±60a B.P. ,表明在全新世中期该地处于高海面期,并且当时存在快速海侵事件; Yu和Zhao[50]采用更有优势的U系方法对大堡礁Magnetic岛的微环礁进行定年,他们认为在大约7000年前大堡礁海平面比目前高至少约0.7m,并且在距今约5755年海平面达到峰值,高海平面在大约2000前结束,持续约5000年; Leonard等[51]利用64个化石微环礁结合其他原位礁的U系年龄数据,得出在澳大利亚东海岸Moreton Bay距今约6600年前海平面至少高出现今当地天文低潮1.1m。

Yu等[21]也在新构造活动稳定的中国雷州半岛,选取数量众多的化石微环礁(直径最大的达9.6m)进行全新世中期海平面研究,结果表明在距今约7050年到6600年间海平面比现今高1.7m到2.2m,并且海平面在此期间呈波动状态,波动幅度在20cm到40cm; 时小军等[29]在海南岛琼海选取原位化石滨珊瑚礁块和活的微环礁进行对比,也得到出了在中晚全新世(大约5500a B.P. 到5200a B.P.)海南琼海的海平面比现今高约1m的结论。这与全新世中晚期南海存在高海平面的结论是一致的[52]

在稳定沉降的岛屿,微环礁也能用作恢复历史海平面,位于南太平洋的新喀里多尼亚岛的化石微环礁测年为3930a B.P. ,现今高出平均海平面60cm,该岛稳定沉降的速率为0.14mm/a,扣除沉降部分恢复出当时海平面高于现今1.09m[53]

3.3 微环礁海平面记录中的新构造活动

微环礁在研究新构造运动中能替代器测记录[31]。Taylor等[54]很早就应用礁坪上出露的珊瑚块(主要为滨珊瑚微环礁),绘制了南太平洋瓦努阿图中部Malekula岛在1965年地震中地表上升幅度的等值线图; Zachariasen等[33]在位于印度-澳大利亚板块和巽他板块俯冲带的苏门答腊岛利用化石微环礁确定出1833年大地震时地表上升1m到2m,结合其他资料估计出该次大地震震级在8.8到9.2之间; Natawidjaja等[55]利用微环礁得出该地1833年大地震地表上升达2.8m,发现此前1797年的另一个大地震导致地表上升至少0.8m,该地震可能伴随有极具破坏性的大海啸; 微环礁也记录了1935年12月发生在苏门答腊西部巴都群岛附近的7.7级地震,当时地表至少上升了55cm[56]; 2004年12月26日苏门答腊-安达曼海域发生了9.2级地震,苏门答腊西部的Simeulue岛上的微环礁记录了至少44cm的地表抬升[57]; Subarya等[34]也在此次地震后测量了众多微环礁,抬升最高的达1.5m; Rajendran等[58]在北部的安达曼岛利用微环礁,发现此次地震造成安达曼岛的西部边缘上升达1.5m; 紧接着该次9.2级地震,苏门答腊岛西部在2005年的3月又发生了8.7级地震,Briggs等[59]对该地震迅速展开了研究,他们利用微环礁结合GPS观测发现地震破裂带上方岛屿上升达3m; 2007年4月1日,西太平洋的所罗门群岛西部发生了8.1级地震,Taylor等[60]在该年的4月16日即赴该群岛进行调查,他们主要使用微环礁作为地表垂直升降的代用指标,发现在Ranongga岛的南部上升达 2.46±0.14m。

Zachariasen等[33]发现在大地震前的几十年间地表的沉降速度迅速加快,速率从年均5mm增加到11mm,这个发现也为预报现代大地震提供了一些启示,大地震前几十年地壳可能会加剧活动; Zachariasen等[35]在苏门答腊俯冲带附近的Mentawai岛上选取活的微环礁进行研究,表明该岛在最近40年到50年沉降速率为每年4mm到10mm,然而与它相对应的大陆地块则一直表现相对稳定,他们也发现沉降速率因不同位置存在差异,可能与破裂带距离远近有关系; Natawidjaja等[56]采用微环礁研究了苏门答腊西部巴都群岛微环礁1935年大地震前后和1962事件前后俯冲带地壳的缓慢形变,发现地震前后地壳的形变是复杂的,地震前地壳并非是简单的急剧上升或者是下降,震后也并非要经历一定的平静期; 另外,对苏门答腊附近岛屿微环礁所记录的地震平静期地壳的缓慢变形进行了深入研究[61],得到过去半个多世纪明达威群岛地壳的沉降率在2mm到14mm间波动,波动呈多期幕式而非稳定的形变; Meltzner等[62]最近应用微环礁对巽他大型逆冲断层破裂带所记录的1100年来的大地震进行了分析,该破裂带在1千多年来至少经历7次大的地震,发现在两个地震期间突然或持续的沉降率变化是常见的,这一点与Natawidjaja等[61]的结论是一致的。

3.4 微环礁记录的ENSO事件对海平面的影响

微环礁生长在海气界面附近,严格受控于海平面变化,而ENSO能导致赤道太平洋海域海平面大幅变化。Woodroffe和McLean[15]通过基里巴斯Abemama环礁的微环礁纵切面X光照片,在其不长的生长历史中识别出了ENSO造成的骨骼生长异常,1983年的强ENSO年最为明显; Smithers和Woodroffe[13]在相隔遥远的东印度洋的科科斯环礁的多个微环礁骨骼切片中也发现了同时期与ENSO相关的海平面降低导致的生长间断; Spencer等[41]在南太平洋库克群岛的Tongareva环礁(亦叫Penrhyn环礁)选取一个生长了57年的微环礁(1936年到1993年),对其纵切面进行X光拍照,识别出多期可能是ENSO事件造成的异常; 对照Quinn[63]的ENSO年表,Tongareva环礁的微环礁在其生长历史中经历了9次ENSO暖位相较明显的时期,其中1943年到1944年、 1970年代末和1983年是相对严重的时期; 即使不通过骨骼切片的方式,从原位微环礁生长顶面形态也可以识别出强ENSO活动异常的记录,Flora和Ely[28, 42]在基里巴斯的Abaiang环礁,在1997年ENSO期间,通过现场长期观察的方式,发现礁坪上的微环礁顶面为了适应ENSO带来的强大西风气流导致的海平面上升,微环礁顶面追赶海面生长形成了明显的ENSO轮次; 为了对此进行验证,Flora和Ely[28]也选取部分微环礁进行切割,对纵切面进行X光拍照观察,生长有ENSO轮次顶面的年际变化曲线与澳大利亚国家潮汐中心提供的潮汐曲线是基本一致的。

4 结语和研究展望

微环礁是理想的海平面代用指标。微环礁高程和年代的准确测定,进一步增强了微环礁的海平面记录价值,将在时间和空间上弥补器测数据记录的不足。我国南海海域微环礁广泛分布,为研究长时间尺度的海平面变化过程提供了宝贵的材料,我国学者在珊瑚高分辨率记录古气候和古环境方面做了大量卓有成效的工作[64, 65, 66],但目前关于现代微环礁及其记录的近百年海平面变化的研究还很少,而1993年以来的卫星观测表明: 全球海平面存在加速上升趋势; 南海海平面则明显高于同周期全球海平面变化趋势[67]。而且西沙和南沙验潮站所反映的南海平均海平面变化也远高于全球。目前南海海平面长期历史变化的资料主要是华南沿岸器测资料,这些资料囿于南海沿岸,并且时间过短,在反映南海海平面长期历史变化上有着局限性。那么近百年来南海海平面上升率是否高于全球?长期变化趋势如何?微环礁的研究,将有助于回答这些科学问题,并服务于预估未来海平面变化研究提供关键参数。

致谢 感谢审稿人认真的评阅及建设性的意见,感谢编辑部杨美芳老师细致的修改和编辑。

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HIGH-RESOLUTION SEA LEVEL CHANGES INDICATIVE IMPLICATIONS OF MICROATOLL
Yang Hongqiang①,②, Yu Kefu①,②    
(①. Coral Reef Research Centre of China, Guangxi University, Nanning 530004;②. Key Laboratory of Marginal Sea Geology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301)

Abstract

Under the influence of global change, the sea-level rise has become a major global issue which is widely concerned by the international society. To study the modern sea level change, it is essential to understand the history of past sea level fluctuations. In addition to short-term device-measured sea-level records, the study of history of sea level change is mainly dependent on a variety of proxy indicators. Amongst sea-level changes proxy indicators on coral reefs, microatolls are the most precise, geologically steadfast, and easy to use. Microatolls are hermatypic corals that grow on coral reef flats in ring-like or ribbon-like shapes. With the effect of sea level fluctuation, it usually dies on the top and lives around edges. As the highest level of survival is strictly constrained by the sea level, the microatoll is able to indicate sea level changes in centimeter degree. By using correlation between microatolls and sea level, domestic and foreign scientists have developed a series of researches on high-resolution sea level change, mainly in the following areas:1)in stable tectonic areas, the ring-like growth band records the annual sea level fluctuations, conducive to rebuilding the history of sea level changes in the recent century, or rebuilding the multi-decadal sea level changes in different Holocene periods; 2)in active tectonic areas, microatolls, as the high accurate indicator in sea level, can finely indicate the relative changes of sea level; hence, it can be applied in recording the surficial uplift or subsidence by earthquakes, and furthermore restoring the time and intensity of ancient earthquakes to better understand on the triggering mechanism of the earthquake; 3)in the equatorial Pacific area, the skeletons of microatolls can also record the influences of ENSO on sea level. By studying the high-resolution sea-level changes from Porites microatolls, it will be conducive to extending the time sequence of device-measured sea-level records, revealing the patterns of sea-level fluctuations, and predicting the long-term trend of sea-level fluctuations under climate change. Microatolls have widely developed in the South China Sea. However, so far, only a small number of researchers have ever done such studies on the sea-level recording function of microatolls in China yet. If more research works are carried out, microatolls will serve as a valuable material for rebuilding the high-resolution sea level change history of the South China Sea.

Key words     sea level    coral reefs    microatolls    neotectonics    ENSO