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通过分析英格兰中部特伦特河中游三个遗址的有机沉积物，结合昆虫、花粉和植物宏观化石数据，重建了后冰期（GS-1）和早全新世（11,700–8200 BP）的气候与环境。研究表明，后冰期以开阔湿地和草本植被为主，昆虫显示寒冷条件；早全新世气候略微大陆化，与植被演替和沉积序列变化一致。该研究为气候模型校准和未来环境预测提供了重要依据。
马尔科姆·T·格林伍德（Malcolm T. Greenwood）| 保罗·C·巴克兰（Paul.C. Buckland）| 菲利普·I·巴克兰（Philip I. Buckland）| G·拉塞尔·库普（G. Russell Coope）| 本·吉里（Ben Gearey）| 艾玛·霍普拉（Emma. Hopla）| 安迪·J·霍华德（Andy J. Howard）| 安吉拉·蒙克顿（Angela Monckton）| 保罗·J·伍德（Paul J. Wood）
格林伍德，地理与环境系，拉夫堡大学（Loughborough University），莱斯特郡（Leicestershire），LE11 3TU，英国
摘要
在英格兰中部特伦特河（River Trent）流域进行的古生态学研究非常广泛，本文重点利用晚德文西亚期（Late Devensian）阶地沉积物中富含有机物的沉积物，重建了晚冰期（Lateglacial，GS-1阶段）和全新世早期（early Holocene）的气候及古环境。研究选取了三个地点：海明顿（Hemington）、巴罗昂特伦特（Barrow upon Trent）和阿斯顿昂特伦特（Aston-on-Trent）；每个地点都揭示了不同的沉积序列，记录了环境变化的情况。研究采用了多学科方法进行环境重建，分析了地层结构、昆虫遗骸以及花粉和植物大化石。通过“互惠气候范围”（Mutual Climatic Range，MCR）方法，根据昆虫群落推断过去的气温。结果表明，在晚冰期期间，以开阔湿地和草本植被为主，同时存在芦苇沼泽生境。花粉和植物大化石的分析显示植被与气候条件之间存在对应关系，突显了这些记录在理解气候动态中的重要性。主要属于鞘翅目（Coleoptera）和毛翅目（Trichoptera）的昆虫表明当时气候寒冷，而全新世早期的昆虫则表明气候比现今更为大陆性。晚冰期和全新世早期是气候快速极端变化的时期，这些变化反映了临界点（tipping points）的存在。本研究强调了了解过去趋势对于预测未来动植物群特征的重要性。
引言
开发未来气候和环境变化模型在能够将其置于更广泛的古环境历史框架内的情况下尤为重要。全球范围内，最后一次快速、极端的气候和环境变化时期，即气候模型所称的“临界点”，发生在从上一个冰期到当前间冰期的过渡期间，具体指晚冰期（15,000–11,700年前）和全新世早期（11,700–8,200年前）。这一时期人类影响有限，相关记录可通过格陵兰岛的冰芯数据（参见Naughton等人，2023年）以及高精度测年技术（例如Brooks等人，2012年）得到验证。
与西北欧的海洋沉积物相比，这一时期最完整的環境记录来自湖泊（例如Walker等人，1993年）、泥炭沼泽（例如Simmonds等人，2021年）和低地河流（例如Brayshay和Dinnin，1999年；Collins等人，2006年）等相对能量较低的环境。然而，若要将关于古气候、动物群和植物群反应的信息作为校准计算机环境变化模拟和制定政策的基础，我们需要扩大晚冰期/全新世早期记录的空间分布范围。
收集此类信息需要分析来自高能量、更活跃的地貌系统的古环境遗迹。这应包括河流中游区域，因为这些地方可能存在富含有机物的沉积物保存在古河道中，尽管这些记录在空间上分布较有限且在时间上较短，反映了侵蚀和沉积的动态过程。尽管时间较短，但这些记录仍然很重要，因为它们通常能反映当地的土壤条件，而这些条件在湖泊和泥炭地序列中往往难以体现。大量研究表明，西北欧河流系统的形态和沉积方式从末次冰盛期（Last Glacial Maximum，LGM）开始，经过晚冰期和全新世早期，表现出大致相似的响应模式（例如Rose等人，1980年；Antoine等人，2003年；Erkens等人，2011年；Vandenberghe，2024年；Yorke等人，2024年）。这种变化特征是从末次冰盛期的辫状河道和粗粒沉积转变为晚冰期（温德米尔湖间冰期，Windermere Interstadial）的单一流道细粒沉积，随后在洛蒙德湖间冰期（Loch Lomond Stadial）再次回到辫状河道。全新世早期，河流趋于稳定，形成了细粒沉积（最新研究参见Brown等人，2021年）。
通过对特伦特河中游三个地点保存的多代理富含有机物沉积物的分析、解释和重建（见图1），本文有助于我们理解晚冰期和全新世早期的环境，并为校准气候和环境模型及政策讨论提供了重要的数据支持。
研究地点
本文描述的新数据是在特伦特河中游三个采石场进行的商业地质考古调查中获得的（见图2.1）。这些采石场主要开采霍姆皮埃尔庞特组（Holme Pierrepont Member）的砂砾或由其再沉积形成的砂砾（属于英国地质调查局的海明顿组，Hemington Member）。图2.2展示了埋藏的古河道的复杂性。
放射性碳测年和年龄-深度建模
本文使用的放射性碳测年数据（补充材料表1）采用了Reimer等人（2020年）的方法进行校准。每个剖面的年龄-深度模型也是据此计算的。
结果
样品处理方法及相关参考文献详见补充材料。
昆虫
补充表20列出了全新世早期古河道中发现的昆虫最小个体数量（MNI），图7提供了基于甲虫的一般环境重建结果。在整个沉积序列中，善于在湿沉积物表面活动的步甲（Carabid beetles）数量较多；然而，富营养化湿地中的相关昆虫种类较少，尤其是Cercyon和Megasternum物种几乎不存在，流动水体中的物种占主导地位。
讨论
在处理化石时，一个难题是区分外来成分和本地成分，尤其是在河流沉积物中，因为潜在的流域范围可能很广，河道侧向重塑和洪水事件可能导致较老物质的混入。这一点在阿斯顿昂特伦特（Aston-on-Trent）底部沉积物的不同测年结果中尤为明显，其中“落叶层”的年代比榛子坚果的年代要早约3000年。
互惠气候范围（MCR）
“互惠气候范围”（MCR）重建方法提供了四个地点的古气候信息（见图6）。MCR方法（Atkinson等人，1987年）通过计算物种在气候空间中的温度耐受范围，得出了能够使最大比例物种共同生存的夏季和冬季温度范围（详见Vickers和Buckland，2015年的解释）。在BugsCEP软件（Buckland，2007年）中的当前实现中，该方法用于分析...
结论
来自四个不同河道的沉积物——其中三个属于晚冰期，一个属于全新世早期——均表明在特伦特河泛滥平原上形成了短暂存在的池塘和浅河道（见补充图4）。同期古生态学证据表明，晚冰期的河流景观以开阔、类似苔原的辫状河道为特征，与现今许多亚北极和北极河谷相似；相比之下，全新世早期的河流环境有所不同...
马尔科姆·T·格林伍德（Malcolm T. Greenwood）： 负责写作、审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、资源管理、方法论设计、调查实施、资金筹集、数据分析、概念化工作。
保罗·C·巴克兰（Paul.C. Buckland）： 负责写作、审稿与编辑、初稿撰写、方法论设计、调查实施、数据分析。
菲利普·I·巴克兰（Philip I. Buckland）： 负责写作、审稿与编辑、初稿撰写、方法论设计、调查实施、数据分析。
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利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们感谢拉夫堡大学（Loughborough University）地理系对这项研究的资助，同时感谢Mark Szegner在图表制作方面的协助。作者还感谢NERC科学服务与设施（NERC Scientific Services and Facilities）提供的支持，以及为马尔科姆·格林伍德提供的AMS测年资金（NERC申请编号：760 1198），以及采石场所有者Lafarge（前身为Ennimix Ltd）和Redlands plc的支持。海明顿采石场的监测和采样工作由...
