文丨波波百談
編輯丨波波百談
珊瑚礁是最容易受到未來氣候變化影響的環境之一，珊瑚提供重要的生態系統服務，並且是具有最高經濟價值的環境，因為它具有旅遊、漁業和海岸保護等諸多好處。然而，許多這些珊瑚礁系統都受到現代氣候變化的影響。
一個關鍵的挑戰是許多定量地球化學代理在碳酸鹽平台上和附近不起作用，尤其是在數百萬年的時間尺度上。這是因為碳酸鹽岩成岩作用、總有機質含量低以及缺乏來自珊瑚礁的長鑽芯等問題。
因此，即使在過去的時期已知珊瑚礁消失和碳酸鹽平台退化的時間，但很難將這些變化與氣候變化聯繫起來。這導致了對過去珊瑚損失原因的扭曲看法，以及我們對多種環境壓力因素的變化如何在地質時間尺度上影響珊瑚礁系統和碳酸鹽平台的認識不足。
珊瑚海氣溫評估
昆士蘭高原在珊瑚海的GBR近海形成一個孤立的高原。如今，它擁有數個小型尖頂珊瑚礁和較大的珊瑚礁複合體，它們合計占其表面的 10-15% 13。現代珊瑚礁是早至中中新世（20-11 Ma）珊瑚礁邊緣平台的遺蹟，覆蓋了約 64,000 公里2 14。
在晚中新世，即 11 至 7 Ma 之間，部分溺水導致珊瑚礁面積減少 50% 15。這一變化伴隨著台地幾何形狀的轉變，在晚中新世16期間從礁石環繞的台地轉變為碳酸鹽緩坡。
晚中新世被認為是平均海溫與世紀末情景17預測的未來氣候變化相似的時期。然而，儘管如此，低溫表面溫度被認為是珊瑚礁急劇減少的原因，同時還有其他壓力因素，例如海平面變化和侵蝕。
根據研究發現，由於方解石測試的改變，當使用非玻璃狀有孔蟲時， δ 18 O SST 估計值對於中新世熱帶環境來說太冷了 10 °C 28。來自珊瑚海 GBR 近海的上大陸坡的基於烯酮的 UK 37 ' SST 記錄顯示出與假定記錄 SST 29的 δ 18 O 冰川/間冰期記錄截然不同的趨勢。
然而，即使知道原來的 δ 18O 記錄是有問題的 在靠近碳酸鹽平台的環境中重建 SST 仍然是一個挑戰，這些平台富含具有高成岩潛力的亞穩態碳酸鹽相，例如文石。
這是由於這些環境中成岩階段的影響，這可能會妨礙使用諸如 δ 18 O、團塊同位素或來自碳酸鹽檔案12、29、30的 Mg/Ca 等指標。UK 37等基於烯酮的代理的使用僅限於海面溫度 < 29 °C，並且在記錄 27 °C 以上的 SST 時效果不佳31，在珊瑚礁生長的典型熱帶環境中可以超過的溫度。因此，需要一個新的代理來測試過去海溫對珊瑚礁的影響。
基於TEX 86的重建可以更好地估計這些成岩活躍、富含亞穩態碳酸鹽岩的環境中的海溫。這是因為 TEX 86是基於在海洋的許多不同部分發現的奇古菌膜的脂質成分，並且已經在低生產力環境中發現32。因為 TEX 86基於來自非方解石生物的脂質生物標誌物，所以它不像其他 SST 代理33那樣容易受到碳酸鹽改變或溶解的影響。
珊瑚海區域SST比較
在同一時間間隔內， TEX 86 H SST 接近於現代西太平洋暖池中 ODP 806 的 29.9 °C 平均 SST。將我們的記錄與西太平洋暖池其他站點的 SST 記錄進行比較，基於 TEX 86 H表明，溫度和趨勢與晚中新世31期間在西太平洋暖池看到的非常相似。
西太平洋不同海溫記錄的比較。ODP 站點 811（紅色）的新 811 TEX 86 H記錄和舊的 δ 18 O 記錄（深藍色）15與西太平洋的其他站點進行了比較。其中包括從 WPWP 到珊瑚海北部的 ODP 站點 806（黑色）、從南中國海南部（紫色）31的 ODP 站點 1143和從珊瑚海南端豪勳爵海隆的 DSDP 站點 588 （淺藍色）38都是 TEX 86 H記錄。
它們比位於豪勳爵海隆珊瑚海最南端的 DSDP 站點 588 以南的TEX 86 H溫度略高。再加上比更靠北的站點稍微涼爽，表明來自 ODP 站點 811 的 SST 落在預期的 SST 梯度38內。然而，研究人員發現的ODP站點811海溫與晚中新世39期間亞熱帶南半球大部分地區的海溫和降溫趨勢有很大不同。
原始δ 18 O SST低於U K 37' 在此期間位於塔斯曼前線紐西蘭附近的 ODP 站點 1125 的溫度進一步表明這些 SST 不適合此時的其他 SST 重建39。這表明在晚中新世期間，珊瑚海屬於熱帶而非亞熱帶，正如之前所暗示的那樣15 。珊瑚海的平均海溫在 24 至 25 °C 之間21，晚中新世溫度比現代珊瑚海高 2 至 6 °C。
TEX 86 H SST 比舊的 δ 18 OSST 記錄高 9–12 °C。研究表明，當使用顯示自生方解石過度生長的「冷淡」有孔蟲（而不是玻璃狀有孔蟲）時，重建的 δ 18 O 溫度大約低 10 °C 27。這種重結晶是在深海中產生的，並在測試中保存的 SST 特徵之上添加了海底溫度分量，從而導致冷偏差。
珊瑚海碳酸鹽岩相再分析
中新世晚期珊瑚礁台地面積的減少伴隨著昆士蘭高原西南邊緣碳酸鹽台地形態和生物群的轉變。中新世中新世鑲邊碳酸鹽岩台地以熱帶光照動物骨骼組合為主，包括綠藻、珊瑚和大型底棲有孔蟲。
苔蘚蟲作為次要成分出現，在中新世晚期，該平台演變成碳酸鹽岩斜坡，其骨骼組合以苔蘚蟲和有孔蟲為主，包括豐富的大型底棲有孔蟲和浮游有孔蟲。
相比之下，這些上中新世沉積物中缺少珊瑚和綠藻。人們認為晚中新世相更能代表甲醛組合 。骨骼組合的這種轉變被解釋為反映了從熱帶氣候條件到非熱帶暖溫帶氣候條件的轉變，部分由氧同位素記錄支持。
營養變化影響昆士蘭高原相變的可能性。根據古生物學數據，增加的養分可用性會導致晚中新世相轉變。相反，其他人則認為營養素的影響不太可能，部分原因是中溫環境中的大型底棲有孔蟲組合通常富含大型無孔結構，而昆士蘭高原的晚中新世碳酸鹽岩以穿孔結構為特徵。
碳酸鹽顆粒組合本身不足以明確解釋古氣候條件。已經強調需要其他數據，例如來自氣候代用研究的數據來支持環境解釋。我們在此處提供的新溫度代理數據表明，溫度以外的環境因素是中新世期間在昆士蘭高原上觀察到的碳酸鹽岩相變化的原因。
對珊瑚礁開發的影響
TEX 86 H SST 數據表明需要一個新的驅動程序來解釋珊瑚的損失。較冷的 SST 不太可能導致這些珊瑚礁的消失。在珊瑚礁淹沒期間， TEX 86 H SST 數據落在「珊瑚礁生長窗口」的上端，這定義了珊瑚礁發育的最佳環境條件。25°C 和 29°C 之間的 SST 通常被認為是珊瑚礁發育的理想溫度，而 18°C 的冬季溫度定義了下限。
珊瑚礁生長的溫度上限沒有明確定義，但波斯灣的珊瑚礁年平均氣溫約為 28 °C SST，但夏季氣溫超過 34 °C 5 。通常，許多珊瑚物種的鈣化和向上生長速率隨年度海溫線性增加。然而，這種趨勢似乎在年溫度 26-27°C 以上發生逆轉，隨著溫度升高鈣化和延伸率降低。
溫度對珊瑚的影響在分類學上存在明顯差異，但通過薈萃分析表明，預計未來溫度急劇升高會降低它們的鈣化率，因此可能會限制它們建造珊瑚礁的能力。因此，觀察到的晚中新世平均溫度約為 30 °C，可能在晚中新世期間在昆士蘭高原的珊瑚礁中誘發了壓力條件，類似於現代大堡礁中發生的情況。
由於中新世中晚期熱帶海洋的文石過飽和度相對較低，珊瑚的鈣化和延伸率可能有限。與工業化前的值相比，晚中新世熱帶海洋中的文石過飽和度較低，最小值約為 9Ma 53。這類似於現代海洋，預計酸化會影響未來的珊瑚礁淨碳酸鹽產量。
這種變化可以用這段時間全球海洋長期處於低碳酸鹽飽和狀態來解釋。因此，就像在現代海洋中一樣，晚中新世珊瑚正經歷著高溫條件和低文石過飽和度。溫度和文石過飽和度等環境條件會以多種方式影響珊瑚礁碳酸鹽的生產率及其吸積至海平面的能力。
珊瑚海地層岩心樣品評估
ODP Site 811/825的生物地層年齡模型根據對整個岩心的 53 個樣本的半定量研究進行了重新評估，包括上述 SST 重建之外的部分。載玻片根據滴落技術製備。
研究人員對樣本進行超微化石篩選，並根據少數（F：每張載玻片一到五個樣本）、罕見（R：每隔一個視野觀察一個樣本）、常見（C：每個視野觀察一到五個樣本）之間的區別來記錄它們的存在、豐富。
研究人員提取了50 cc的沉積物，其中共有50到60 g，這對於有足夠的材料來測量 SST 是必要的。使用 DCM: MeOH (9:1, v/v) 的溶劑混合物對樣品進行索氏提取 48 小時。通過添加活化的銅屑去除元素硫。通過 Büchi 溶劑蒸發器蒸發過量溶劑至最終體積為 2 ml，然後將樣品轉移到 4 ml 小瓶中，在溫和的氮氣流下將總提取物 (TE) 乾燥。
在 LC-TECH 自動 SPE 系統中使用極性增加的溶劑，通過矽膠柱色譜法（6 ml SPE 柱，2.8 g 二氧化矽 60 目，25–40 μm）將 TE 分成脂肪族、芳香族和極性餾分。NSO（極性）化合物用 14 ml DCM/MeOH（1:1，v/v）洗脫。
極性部分在己烷/異丙醇（9:1，v/v）中重構，並在氨基丙基取代的矽膠（3 ml SPE 柱，1.0 g 氨基丙基矽膠，25–40 μm）上重新層析。含有 GDGT 的醇級分用 5 ml 己烷/異丙醇（9:1，v/v）洗脫，乾燥後重新溶解在己烷/異丙醇（99:1，v/v）中，最終濃度為 6 mg/ml 用於注入 HPLC/MS 系統。
GDGT 在 Alliance 2695 HPLC 系統（Waters，UK）上測量，該系統與 Micromass ZQ 單四極杆質譜儀聯用，遵循73的分析方案. HPLC 儀器配備了兩個 Waters BEH HILIC 矽膠柱（2.1 × 150 mm；1.7 µm 粒徑）和一個保持在 30 °C 的保護柱。以 0.2 ml/min 的流速洗脫目標化合物，開始時使用 82% 洗脫液 A（正己烷）和 18% 洗脫液 B（正己烷:2-丙醇 (9:1, v/v)）等度洗脫 25 分鐘分鐘。
在 25 分鐘內將線性梯度設置為 65% 洗脫液A和35%洗脫液B，然後在30分鐘內將線性梯度設置為 0% 洗脫液A和 100% 洗脫液 B。柱的再平衡提供 82% 洗脫液A和18%洗脫液B，持續20分鐘。
使用配備以正離子模式運行的大氣壓化學電離 (APCI) 接口的 Micromass ZQ 單四極杆質譜儀 (MS) 實現類異戊二烯 GDGT 的檢測。MS設置為：離子源溫度，150°C；蒸發器溫度，500 °C；電暈，2微安; 錐電壓，40 V；提取器電壓，3 V；射頻 (RF) 鏡頭，0.1 V；脫溶劑氣，N2在8升/分鐘。
通過單離子記錄其質子化分子離子 [M + H] +（駐留時間，234 毫秒）實現對古細菌核心脂質的檢測，並使用 MassLynx© 軟體通過峰面積積分對化合物進行定量。TEX 86的計算在74之後，TEX 86 H在34之後。重複測量的再現性顯示相對標準誤差 < 2%，使用兩種方法分析的樣品顯示相對標準誤差 < 3%。
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