《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》:Blue mesophotic coral bioherms in the pre-evaporitic Messinian of the western Mediterranean (Almería–Níjar Basin, SE Spain)
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为解决前人误将中新世晚期前蒸发岩系珊瑚礁丘解释为浅水成因的问题,研究人员对西班牙东南部阿尔梅里亚-尼哈尔盆地西部边缘的下墨西拿阶生物丘进行了系统的野外地质、岩相和古环境分析。研究发现,这些主要由薄层状扭曲Porites构成的生物丘生长于水深数十米的清澈、低光条件下,是世界上首次报道的上中新世蓝光中光带(blue MCEs)珊瑚礁。该研究为识别地质记录中的深水弱光珊瑚生态系统提供了新的判识标准,具有重要意义。
在地球漫长的地质历史中,珊瑚礁不仅是海洋生物多样性的热点,更是记录古气候、古环境变迁的“地质档案”。传统观点认为,在地中海地区中新世晚期(墨西拿期,Messinian)的“前蒸发岩”沉积序列中发现的珊瑚礁丘(bioherms),因其含有枝状Porites和Tarbellastraea等珊瑚形态,通常被解释为生长在浅水、光照充足环境下的产物。然而,这种解释与一些野外观察到的、与较深水沉积物相伴生的珊瑚礁结构存在矛盾。那么,这些看似矛盾的珊瑚礁究竟是在何种水深和光照条件下形成的?对它们的正确解读,不仅关乎对地中海晚中新世古地理格局的重建,也对我们理解珊瑚在低光环境下的适应能力及整个中光带珊瑚生态系统(Mesophotic Coral Ecosystems, MCEs)的地质演化历史至关重要。
为了解决这一科学问题,来自西班牙阿尔梅利亚大学(Universidad de Almería)的Fernando Sola和Juan Carlos Braga将目光投向了位于西班牙东南部贝蒂克山脉的阿尔梅里亚-尼哈尔盆地(Almería–Níjar Basin)西部边缘的下墨西拿阶(早Messinian)露头。他们开展了一项综合性研究,旨在详细描述这些生物丘的几何形态、组成和珊瑚形态特征,并最终论证它们是古代“蓝光”中光带珊瑚礁的典型实例,其识别特征可用于解读其他地质记录中的类似案例。相关研究成果发表在国际知名地学期刊《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》上。
为开展此项研究,作者综合运用了多种经典的地质学研究方法。首先,他们以1:10,000的比例尺对研究区地层分布进行了野外填图。在阿尔梅里亚市及周边的四个关键剖面(圣克里斯托瓦尔、拉莫利内塔、巴兰科-德尔洛沃和拉斯昆布雷斯)进行了精细的剖面测量和岩相制图。研究团队共计测量了10条剖面,并系统采集了103件岩石薄片进行岩石学和矿物学鉴定,以精确划分岩相。岩相命名遵循Dunham (1962) 和Embry与Klovan (1971) 的碳酸盐岩分类方案。此外,为了评估古水深和古环境,作者对15个样品进行了陆源碎屑含量分析,通过酸溶法测定不溶残渣的质量百分比。这些基础而扎实的野外与室内工作,为后续的古环境解释奠定了坚实的数据基础。
4.1. 礁体单元:研究揭示,在Sierra de Gádor高地东缘,出露了连续的下墨西拿阶礁单元。珊瑚礁丘主要发育在该单元的下部,而上部则由进积的边缘礁(fringing reefs)及其相关的斜坡沉积物组成。在盆地的东部边缘仅见斜坡沉积。碳酸盐岩普遍发生了白云岩化,但并不影响对组构的识别。
4.2. 岩相:通过详细的野外和镜下观察,研究者在礁单元中识别出11种主要的岩相,涵盖了从近岸的碎屑岩到外陆棚/斜坡的碳酸盐岩沉积。其中,与生物丘密切相关的关键岩相包括:
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珊瑚骨架岩:构成生物丘的主体,主要由
Porites(次要
Tarbellastraea)组成,被有孔虫、珊瑚藻和微生物岩结壳。珊瑚形态以薄(<1厘米)、片状、扭曲的
Porites为主,仅有少量指状突起,这是低光照环境的典型形态。

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藻/双壳粒泥灰岩-泥粒灰岩:这是单元中最深的岩相,由碳酸盐泥和细-中粒生物碎屑组成,代表外陆棚环境。
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红藻石砾屑灰岩:以厘米级的珊瑚藻结核(红藻石)及其碎屑为主,其中可识别的珊瑚藻类群主要为Hapalidiales目(特别是Phymatolithongr. calcareum),这是地中海地区中新世礁体中斜坡沉积的典型特征。
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Halimeda漂浮灰岩-砾屑灰岩:由大量Halimeda(仙掌藻)骨片组成,通常出现在珊瑚砾屑灰岩的下方(向海方向),指示礁体斜坡环境。
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珊瑚砾屑灰岩:由高度异化的珊瑚骨架岩碎屑组成,富含Halimeda骨片,形成于进积礁的碎屑斜坡(上斜坡)或大型生物丘侧翼的碎屑裙中。
4.3. 研究剖面:四个重点剖面的详细描述揭示了生物丘在不同古地理位置(从近端到远端)的发育特征和共生岩相。在近端的拉斯昆布雷斯剖面,生物丘是低起伏的、由枝状Porites构成的简单丘体,生长在砾岩之上并被其埋藏。在更靠盆地的巴兰科-德尔洛沃、拉莫利内塔和圣克里斯托瓦尔剖面,生物丘由片状、扭曲的Porites构成,它们直接生长在下伏地层的侵蚀面上,被藻/双壳粒泥灰岩-泥粒灰岩、红藻石砾屑灰岩或Halimeda漂浮灰岩-砾屑灰岩所环绕和覆盖。这些共生岩相均指示相对深水的沉积环境。其中,圣克里斯托瓦尔剖面出露最佳,包含一个厚度达19.8米的最大生物丘,清晰展示了珊瑚形态的垂向变化,但片状Porites始终占据主导。
基于以上扎实的证据,研究者在讨论部分进行了深入分析和综合论证。首先,他们建立了礁单元的沉积模式,指出其下部为生物丘生长期,上部为礁体斜坡进积期。古水深重建是论证“蓝光”中光带环境的核心。通过对圣克里斯托瓦尔剖面出露地层的几何形态分析,并考虑后期构造倾斜的校正,研究者估算出最靠海的三个生物丘开始生长的最小古水深约为30-40米,这正好落在现代“蓝光”中光带珊瑚生态系统(~30-150米)的深度范围内。其次,主导的片状、扭曲Porites珊瑚形态,是现代和古代低光照环境的公认标志。结合生物丘及围岩中极低的陆源碎屑含量(平均<3%,最高<8%),排除了高浊度导致光线衰减的可能性,进一步证实了其生长于清澈水体中。最后,环绕和覆盖生物丘的岩相,如富含Hapalidiales目珊瑚藻的红藻石砾屑灰岩、Halimeda富集层以及藻/双壳粒泥灰岩-泥粒灰岩,均为地中海地区中新世较深水环境的典型沉积组合。所有这些证据链相互印证,强有力地支持了阿尔梅里亚生物丘是生长在清澈、低光、水深数十米环境下的“蓝光”中光带珊瑚礁。
研究结论明确指出,阿尔梅里亚-尼哈尔盆地西部边缘的下墨西拿阶珊瑚礁丘是世界上首次报道的上中新世蓝光中光带珊瑚礁。它们主要由指示低光条件的薄层、扭曲Porites构成,起始生长水深达数十米,并被典型的较深水岩相所环绕。其极低的陆源碎屑含量表明当时水体清澈、浊度低。这些特征使其明显有别于该地区其他前蒸发岩墨西拿期沉积中已被描述的浅水珊瑚礁丘。这项研究不仅为古代中光带珊瑚生态系统的识别提供了详实的案例和一套可借鉴的判识标准(结合古水深估算、珊瑚形态、共生生物组合和碎屑含量),也丰富了我们对地中海晚中新世古海洋环境和珊瑚礁生态系统多样性的认识。在更广泛的地质学意义上,它证实了珊瑚能够在清澈的较深水环境中构建大规模的礁体,这类记录对于理解地质历史时期珊瑚对海平面变化和环境压力的响应具有重要价值。