日本中部伊势湾最后一次间冰期（MIS 5e）的相对海平面曲线及古环境特征，基于介形虫（Ostracoda）和沉积物分析

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Relative sea-level curve and paleoenvironments during the last interglacial (MIS 5e) in Ise Bay, Central Japan, based on microfossil (Ostracoda) and sedimentary analyses

　　

.initializeAppAuthorInfo(Toshiaki Irizuki, Atsuko Amano);

环境系统科学研究所，岛根大学学术会议，日本松江市西川津町1060-8504

摘要

在距离日本中部津市以东约10公里处的伊势湾，从22.91米深处采集了一段长达65米的沉积岩芯。自更新世-冰期以来，该地区持续发生构造下沉。在本研究中，我们通过分析岩芯中的介形虫化石并利用先前的地球化学证据，重建了上一个间冰期（MIS 5e）的相对海平面（RSL）曲线和古环境。研究结果表明，从研究时间跨度来看，伊势湾内部至中部的环境基本保持稳定（即属于“MIS-5e高原”阶段）。然而，我们发现了两个海平面迅速上升的层位，这些层位与热带珊瑚礁平台上构建的MIS 5e海平面曲线相符。第一次海平面上升反映的是全球性的早期海洋侵入现象，并形成了一个介形虫丰度达到峰值的浓缩层；随后出现了第二个海平面上升峰值，此时δ¹³C值达到最大值，同时硅藻含量也较高，表明水温达到了最高点。第二次海平面上升被认为导致了水深增加了3至10米，根据火山灰的玻璃碎片折射率分析及主要和微量元素分析，该峰值发生在约12.3万年前。如果将第二次海平面上升归因于研究地点附近的断层活动导致的构造下沉，那么这一海平面峰值可能不明显或幅度较小。在研究期间，两种现代伊势湾中不存在的暖水物种较为丰富，这表明MIS 5e时期的冬季海底水温比现代高出约3至4摄氏度，同时黑潮路径可能与现今不同。

引言

上一个间冰期（LIG），也称为MIS 5e，时间范围约为12.9万至11.6万年前（参见Shackleton等人，2002年；Shackleton等人，2003年），是预测由于人类活动导致的未来全球变暖和海平面上升的基础（参见Kopp等人，2009年；Dutton等人，2015a年；Monastersky，2015年；Fouke和Kerans，2024年）。在这一时期，底栖有孔虫的δ¹⁸O值较低且相对稳定，Shackleton等人（2003年）将其称为“MIS 5e高原”，时间跨度为12.8万至11.6万年前（Irval?等人，2016年）。为了重建海表面温度（SST），许多研究聚焦于MIS 5e期间有孔虫的δ¹⁸O和Mg/Ca比值以及烯酮记录（参见Waelbroeck等人，2002年；Shackleton等人，2003年；Irval?等人，2016年；Hoffman等人，2017年；Kajita等人，2022年）。根据Hoffman等人（2017年）的研究，全球年平均海表面温度比1870至1889年的气候平均值高0.5±0.3摄氏度，并且与1995至2014年的平均值无显著差异，尽管各地区的海表面温度异常存在差异。同样，许多研究利用地貌学、地球化学和地质学指标，在构造稳定的地区以及远离冰盖的热带珊瑚礁平台（如巴哈马、百慕大、特克斯和凯科斯群岛、尤卡坦半岛、塞舌尔群岛和澳大利亚西部）等地，调查了MIS 5期间的相对海平面（RSL）变化（参见Hearty等人，2007年；Blanchon等人，2009年；Thompson等人，2011年；Dutton等人，2015b年；Dyer等人，2021年；Fouke和Kerans，2024年；Vyverberg等人，2025年）或其他地区（参见Kopp等人，2009年；Polyak等人，2018年；Langford等人，2025年）。对于全球平均海平面（GMSL）的重建，这些RSL数据集经过了冰川均衡调整（GIA）模型的校正（参见Polyak等人，2018年；Dyer等人，2021年；Dumitru等人，2023年；Chauveau等人，2024年）。然而，构造稳定且远离冰盖地区的RSL变化以及LIG期间的GMSL变化仍需进一步研究。例如，某些研究指出当时的海平面峰值比现在高出6至9米（参见Dutton等人，2015a年）。不过Dyer等人（2021年）认为GMSL的峰值可能比现在高出1.2米，但不太可能超过5.3米。

关于海洋海平面的时间变化，世界各地提出了多种基于露头或模型的RSL变化曲线（参见Hearty等人，2007年；Kopp等人，2009年；Blanchon等人，2009年；Dyer等人，2021年；Dumitru等人，2023年；Fouke和Kerans，2024年；Vyverberg等人，2025年）。为了阐明海平面变化与海洋热膨胀、山地冰川融化以及格陵兰和南极冰盖质量损失之间的关系，也进行了大量研究（参见Dutton等人，2015a年；Golledge等人，2021年；Iizuka等人，2023年）。Iizuka等人（2023年）提供了南极威尔克斯冰下盆地晚LIG时期冰川质量损失的证据，从而支持当时全球海平面上升与南极冰盖活动有关的观点。根据这些证据，来自不同地质和地貌环境的RSL数据对于完善LIG时期的GMSL和GIA模型非常重要。

日本中部和西南部位于欧亚板块的东部边缘，该板块受到菲律宾海板块的俯冲作用（见图1.A），活断层分布在内陆和海底（见图1.B）。尽管这是一个构造活跃的区域，但目前尚未有研究重建MIS 5期间的RSL曲线，而这一时期对于了解第四纪晚期的构造历史至关重要。需要对比构造稳定地区和远离冰盖地区的RSL变化以及GMSL，以揭示这些活跃地区的局部构造运动以及冰盖融化对东亚地区的影响。

介形虫是一种微小的甲壳类动物，具有两个钙化的壳瓣，易于形成化石。大多数介形虫的体长小于1毫米，因此可以从少量岩芯样本中大量采集到介形虫化石。由于介形虫是指示海底环境和古水深的重要指标，全球各地的浅海环境都利用介形虫组合来研究海平面变化（参见Masuda等人，2000年；Irizuki等人，2001年；Yasuhara等人，2005年；Berndt等人，2019年；Yamaguchi等人，2022年；Langford等人，2025年；Tang等人，2025年）。因此，本研究旨在通过分析介形虫化石组合和沉积物，重建日本中部地区的RSL曲线，以及MIS 5期间的海平面变化和海洋温度。

章节片段

研究区域

研究区域位于日本中部的伊势湾西部（见图1.A）。伊势湾是一个半封闭的海湾，东侧与另一个封闭的海湾——三川湾相连，南部通过伊拉科海峡与太平洋相通（见图1.B）。该海湾平均水深为19.5米，中心部分的最大水深为35米，面积为1738平方公里（Kimura等人，2024年）。根据Kuno（1996年）的研究，他在1972至1992年间对伊势湾20个站点的水温和盐度进行了测量……

火山灰分析

样品4885中的火山玻璃碎片折射率介于1.5217至1.5283之间（平均值为1.5248，样本量N=30），样品4865中的折射率介于1.5150至1.5292之间（平均值为1.5244，样本量N=30）（见表1）。两个样品中的玻璃碎片主要元素组成相似（见表1）。样品4865和4885的成分分别为：SiO₂占71.70±1.00 wt%，CaO占3.39±0.34 wt%，K₂O占1.07±0.08 wt%，K₂O占3.34±0.05 wt%（见表1）。

火山灰与研究层位年龄的相关性

在深度48.85米（样品4885）至48.65米（样品4865）的层位中，火山灰含量丰富，玻璃碎片的折射率较高，约为1.52（见表1、表2）。此前已有研究报道，在日本中部至西南部地区的MIS 5e层位中发现了多层火山灰（参见Yoshikawa等人，1993年；Nagahashi等人，2004年；Nagahashi等人，2007年；Satoguchi等人，2008年；Smith等人，2013年；Maruyama等人，2019年；Albert等人，2019年；Abe等人，2025年）。

结论

介形虫和沉积物分析揭示了日本中部伊势湾在MIS 5期间的海平面变化和古环境。RSL曲线中出现了两次古水深迅速上升的阶段，根据火山灰分析，第二次海平面上升的峰值发生在约12.3万年前。考虑到研究区域的构造活动，第二次古水深迅速上升可能与断层活动引起的下沉有关。在伊势湾中，两种现已灭绝的暖水介形虫物种数量较多且持续存在……

作者贡献声明

Toshiaki Irizuki： 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、项目管理、方法论制定、研究实施、资金筹措、数据分析、概念构思。Atsuko Amano： 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、资源协调、项目管理、方法论制定、研究实施、资金筹措、数据分析、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢K. Mizumo对火山灰分析结果的提示，感谢K. Katsuki关于硅藻的建议。同时感谢K. Seto在使用扫描电子显微镜（SEM）方面提供的帮助。感谢匿名审稿人和编辑提出的宝贵意见。本研究得到了日本学术振兴会（）提供的科学研究资助（项目编号：23K03564）的支持。