2.2南海珊瑚记录之中、晚全新世千年尺度的强弱波动

　　活动对南海的影响是多方面的,其中之一是影响南海海水的14C含量,当ElNi.o活动频繁的时候,东太平洋上升流减弱以及太平洋北赤道流(NEC)向北偏移,导致14C含量相对高的表层太平洋水体进入南海,并记录于珊瑚骨骼之中,形成低的碳库年代(R);反之,当ElNi.o活动弱的时候,经太平洋北赤道流进入南海的水体14C含量相对低,南海珊瑚骨骼记录的碳库年代(R高)就高.根据珊瑚碳库年代与ElNi.o活动之间的关系原理,Yu等对7.5ka来不同时段的20个珊瑚样品同时开展了高精度TIMSU-Th和AMS14C年代测定,建立了南海7.5ka的碳库年代序列,结果显示7.5ka来南海的碳库年代总体呈下降的趋势,但有2个峰值期,分别位于7.2~5.6和3.5~2.5kaBP之间.结合碳库年代与ElNi.o活动的关系,可以看出7.5ka来ElNi.o活动是一个总体增强的过程,但其间存在2个明显的ElNi.o活动偏弱的时期,大体呈现千年尺度的波动周期.

　　珊瑚碳库年代揭示的中全新世ElNi.o活动偏弱的现象在珊瑚Sr/Ca记录中也得到了很好的验证,如海南中全新世(~6.5~6.1kaBP期间)珊瑚高分辨率的Sr/Ca显示当时ElNi.o活动甚弱,主要表现为ElNi.o周期(~2.5~7a)的缺失或不明显,估计这种弱的ElNi.o活动是受到了强夏季风的抑制所致.南沙群岛珊瑚δ18O和δ13C则记录1972年以来ElNi.o气候特征明显朝向暖湿气候发展,这一记录与器测资料基本一致,也证明珊瑚对ElNi.o活动记录的可靠性.

　　2.3珊瑚记录之全新世千年-百年尺度的海平面波动

　　珊瑚礁被认为是理想的过去海平面的标志物,主要是因为珊瑚礁发育与海平面变化之间有着密切的关系,如珊瑚仅能够在海水面以下才能生长,因此珊瑚顶面可指示海平面的最低位置.另外,珊瑚礁中经常可见到一种呈环状向外发育的圆盘状珊瑚,叫微环礁(microatoll),它的环状结构及其高程是因潮位波动而形成的,因此能够非常准确地指示海平面的位置及其年际尺度的变化,被喻为“自然界的潮汐观测站”.结合珊瑚在高精度年代测定方面的优势,珊瑚礁一直在海平面变化历史的研究中发挥着重要作用.

　　利用珊瑚礁发育与海平面之间关系的原理,Zhao和Yu对南海北部雷州半岛珊瑚礁进行了系统的高程测量、高密度样品采集和高精度的TIMSU-Th年代测定,勾画了珊瑚礁年代的面上分布,发现雷州半岛珊瑚礁总体呈现中间老两侧新的带状分布模式;结合不同时期珊瑚相对于现代微环礁的顶面的高程,得出过去7500年来存在6个相对高海平面时期:7500~6300,5700~5850,~5009,4156~3675,2795~2509和~1511aBP,大体呈现出千年尺度的波动周期;其中,每一高海平面时期的相对海平面分别比现在高约2.8~1.3m.进一步对高海平面时期发育的微环礁的研究发现,千年尺度的高海平面时期又存在多期百年尺度的波动,如7050~6600aBP期间存在至少4次波动,波动阶段分别为7050~6920,6920~6820,6820~6690和6690~?aBP,大体呈现百年尺度的周期性,波动幅度为20~40cm.这种百年尺度的波动也记录于该珊瑚礁区的海滩沉积之中,如该区晚全新世(1.7~1.2kaBP)发育的海滩沉积剖面清楚地记录了至少2次海平面周期性波动,时间上对应于1.7~1.5和1.4~1.2kaBP,海平面下降波动发生在1.5kaBP左右.

　　雷州半岛角孔珊瑚礁剖面的研究则进一步揭示海平面在约7.3kaBP时达到了现在的高程,约7.1kaBP时的海平面比现在高约1.8m；这一珊瑚礁区的海滩沉积剖面记录约1.2kaBP时的海平面比现在的至少高128cm;之后海平面开始下降,至今海岸线后退了约210m.这些全新世南海海平面的变化特征也清楚地记录于海南三亚、琼海以及越南沿岸的珊瑚礁中.

　　2.4南海珊瑚礁澙湖沉积记录之近4000年的强风暴历史

　　日益增加的强风暴频率及其带来的巨大损失引起了人们越来越多的关注,如全球范围内过去10多年来因为极端气候造成的损失相对于20世纪50年代增加了10倍.新的IPCC报告预测未来强风暴活动的频率和强度都将随着全球气候变化而增加.但正如对全球气候变暖的认识一样,因为文献记录的短暂性(一般<150年)和不连续性,拟清楚了解强风暴活动发生的规律及其与人类活动的关系,则必须开展过去千年乃至更长时间序列的古风暴历史重建研究.

　　在对南海南部南沙群岛珊瑚礁上散布的大型块状(>2m3)珊瑚进行系统调查的基础上,Yu等提出这些大型块状珊瑚是强风暴活动的产物,其表面的年代可指示过去强风暴事件发生的年代.这一论点在经历2004年印度洋海啸和澳大利亚台风活动的珊瑚礁区得到了很好的验证;在这些事件中,一些巨大的活珊瑚块在海啸和台风引起的强水动力作用下被运移到珊瑚礁的表面或其它位置堆积而死亡,因此这些珊瑚块的死亡年代,亦即珊瑚块最表面的年代,就是强风暴等发生的年代.根据这一原理,Yu等对南沙群岛永暑礁(环礁)表面完好保存的珊瑚块进行了高精度年代测定,识别了过去1000年内发生的6次强风暴事件,平均为160年周期.随后开展的澙湖沉积速率和沉积粒度的研究对上述工作予以了进一步证实.他们在永暑礁澙湖钻取了长14.2m余克服:南海珊瑚礁及其对全新世环境变化的记录与响应的沉积岩心,利用沉积岩心中表面完好保存的珊瑚枝的高精度铀系年代和有孔虫的AMS14C年代建立了其高分辨率的年代框架,这是迄今为止最好的珊瑚礁澙湖沉积年代序列;根据年代分布计算了其沉积速率,他们发现永暑礁珊瑚块所指示的过去1000年中发生的6次强风暴事件在澙湖沉积中都有明显的响应,表现为相应时间段内沉积速率的大幅增加.依据澙湖沉积速率的变化,进一步识别出过去4000年内有2个强沉积动力或强风暴活动的时期,即100~350AD和近1000年来.

　　永暑礁澙湖柱状沉积物的粒度分析显示:1)近4000年来南海南部至少发生过20次强风暴/海啸事件,其中13次发生在最近1000年内,其中~1200BC,~400BC和~1200AD为3个风暴活动特别活跃的时期;2)4000年来南沙群岛强风暴/海啸事件发生的频率有明显增加的趋势,但近1000年来则相对稳定;3)4000年来南沙群岛强风暴/海啸事件发生的频率显示出明显的周期性,如18.7,23.6,25,27,32,65,132和195a,大体与太阳活动的周期相吻合,指示太阳活动对强风暴事件发生的制约关系.总体来看,珊瑚礁澙湖沉积物的粒度、沉积速率与珊瑚块的组合,是重建热带珊瑚礁区古风暴活动序列的有效手段.

　　2.5南海珊瑚记录之中、晚全新世海水酸化状况利用珊瑚硼同位素(δ11B值)与海水pH值的关系,Liu等计算了中全新世以来海水的pH值变化过程,得出中晚全新世以来南海海表的pH值出现过2个低峰值(或酸化),分别在距今6千年前后和工业革命以来;在这两个时间段之间,南海海表pH值略有增加趋势.距今6千年前后的酸化,是因为当时南海夏季风强,海温和海平面高,导致南海上升流增加,使深层低pH值的海水上涌,因此产生了低pH值的海洋化学环境.全球工业革命以后(1840年以来)的酸化,则可能是由于大量的化石燃料造成温室气体(主要为CO2)的排放增加所致.

　　2.6南海珊瑚对季风的记录

　　中国的天气、气候异常与亚洲季风异常有着密切的关系,因此季风在珊瑚中的记录一直是研究的热点之一.南沙群岛永暑礁珊瑚(1953~1997年)δ18O与冬季风指数(WMI)的比较分析,得出珊瑚冬季δ18O与WMI之间存在显著的正相关关系,冬季珊瑚δ18O越低(SST越高),表征东亚季风越弱;反之,冬季珊瑚δ18O越高(SST越低),表征东亚季风越强.海南岛珊瑚δ18O也发现能够比较好地指示冬季风的强度;海南岛约4400aBP的珊瑚δ18O则指示当时冬季温度偏低、季风偏强、并导致强的海水蒸发和δ18O富集.此外,利用冬季温度与季风之间的关系,海南珊瑚Sr/Ca记录了近百年(1905~1996年)来冬季风的减弱趋势.

　　南海珊瑚也提供了不少夏季风的信息,如南海北部雷州半岛中、晚全新世以来温度的总体下降过程记录着夏季风的总体减弱;近7500年来南海碳库年代的总体降低也记录着夏季风减弱导致的上升流减弱过程;中全新世偏弱的ElNi.o活动则是受到强夏季风的抑制所致等.

　　2.7南海珊瑚对其他环境要素的记录