白海东北部的全新世海岸沙丘：对东北大西洋与俄罗斯西部北极地区风成活动记录对比研究的贡献

《Quaternary International》：Holocene coastal dunes of the northeastern White Sea: A contribution to the correlation of aeolian activity records in the Northeast Atlantic and western Russian Arctic region

　　塔蒂亚娜·雷普基娜|叶戈尔·维亚特金|阿列克谢·克列霍夫|尤里·库布利茨基|彼得·列昂季耶夫|亚历山大·奥尔洛夫|埃琳娜·瓦赫拉梅耶娃|卡琳娜·雅基莫娃|玛丽亚·科马戈罗娃|奥尔加·希洛娃|玛丽亚·塔拉索娃|安娜·乌特金娜
俄罗斯科学院地理研究所，莫斯科，俄罗斯

**摘要**
海岸沙丘和湖泊作为宝贵的古档案，有助于分析陆地-海洋边界地区的全球和区域尺度的环境变化，包括相对海平面（RSL）、风况和风暴活动。尽管东北大西洋和俄罗斯西部北极的海岸在冰期后的RSL和气候模式上大致相似，但关于俄罗斯北极地区风成作用的数据仍然有限。本研究首次提供了白海（俄罗斯北极）卡宁斯基海岸的详细地层数据以及风成地貌的动态变化。该研究地点代表了斯堪的纳维亚冰盖（SIS）远端边缘高纬度地区海岸沙丘发展的一个案例。我们进行了岩石地层学研究，并对来自海岸湖泊、盐沼和沙丘的沉积物进行了放射性碳测年，同时结合了颗粒大小、燃烧损失（LOI）、矿物学、石英颗粒形态和硅藻分析。使用探地雷达（GPR）研究了沙丘的内部结构。通过地貌测量、GNSS测绘、无人机摄影和卫星图像，我们识别了包括沿海浅水区、海滩、前积沙丘、悬崖顶沙丘、抛物线形沙丘以及推进沙丘场在内的地貌动态区域，以及风成沙供应和沙丘动态的模式。研究表明，这些沙丘（包括推进沙丘场）的沉积物来源主要是冰川融水沙和在海岸带重新分布的冰碛物，而冲积沉积物仅起局部作用。我们确定了过去约9.2千年的风成活动增强时期及其开始时间，并评估了风成过程、RSL变化、沉积物可用性和风暴增加之间的关系，特别是在1976-2022年期间。在推动推进沙丘场发展的地貌动态单元中，1976-1990年和2003-2022年期间内陆沙丘迁移迅速，这与北大西洋涛动（NAO）和北极涛动（AO）的活跃阶段相对应；1990-2003年期间沙丘趋于稳定。湖泊沉积物记录显示了风暴增加和风蚀加剧的时期（约8.5-8.3千年前、1.4-1.0千年前、0.9-0.6千年前和0.4-0.3千年前），其中1.4-1.0千年前信号最强。风成活动在RSL下降（约8.5-8.3千年前）和略有上升（约1.4千年后≤0.5米）期间均有所增强。我们的结果与其他白海沿海地区（约10.0千年前）的数据综合后，与东北大西洋的风暴阶段相符，表明在约0.8-0.6千年前，即中世纪气候最适期与小冰期过渡期间，风成活动加剧。

**引言**
海岸沙丘分布在全球海洋的沙质海岸上（Zenkovich, 1967; Bird, 2008），包括受最后一次冰川作用影响的区域（Wolfe, 2014; Ruz and Hesp, 2014）。海岸沙丘被分为“初级”和“次级”类型（Davis, 1980; Sloss et al., 2012）。初级沙丘（包括前积沙丘）是在后滨区域由于风驱动的沙沉积物积累形成的。次级沙丘，如吹蚀沙丘、抛物线形沙丘和推进沙丘场，则通过初级风成地貌的侵蚀作用形成和发展，可能位于距离现今海岸相当远的地方（Hesp, 2002; Sloss et al., 2012; Hesp, 2013等）。在沉积物向岸迁移过程中，较粗的沙粒倾向于在沿海水体、沼泽和湿地中积累，而较细的颗粒可能被输送到更内陆的河间湿地（例如，Kylander et al., 2023）。通过对沿海水体、沼泽和湿地沉积物以及沙丘沉积物和形态的研究，可以了解风成运输的节奏，这通常与风暴强度的变化有关（例如，Bj?rck and Clemmensen, 2004; De Jong et al., 2006; Clemmensen et al., 2009; Alexanderson and Bernhardson, 2019; Nielsen et al., 2016a,b, 2024）。由于反复的再沉积作用，沙丘沉积物可能缺乏部分风成记录（例如，Robin et al., 2022），而湖泊、沼泽和湿地沉积物则保存了更连续的过去风成过程的证据（例如，Nielsen et al., 2016a,b）。影响沙丘从海岸带吹蚀以及初级和次级海岸沙丘形成和/或重新激活的因素通常归因于相对海平面（RSL）、风况和海岸带沉积物预算的变化（参见Hesp, 2002; Hesp, 2013; Wolfe, 2014; Hesp et al., 2022; Vimpere, 2023的综述）。此外，温度和湿度的变化（例如，Wolfe, 2014; Clemmensen et al., 2008; Vimpere, 2023）、地下水位变化（例如，Kocurek et al., 2001; Seeliger, 2003; Clemmensen et al., 2008）、植被覆盖变化（例如，Hellemaa, 1998; Jackson et al., 2019）以及野火（例如，Hesp, 2013; Matthews and Sepp?l?, 2013）和近几个世纪的人类活动（例如，Clemmensen et al., 2009; Hesp, 2013; Martínez et al., 2013）也被认为是重要因素。理解海岸沙丘如何响应外部条件的变化对于将古地理重建中的风成活动记录与现代海平面和气候变化联系起来至关重要。然而，沙丘对各种因素变化的反应并不总是显而易见的。特别是沙丘生长和/或退化与RSL变化之间的关系已经争论了一个多世纪（例如，Sokolov, 1884; Zenkovich, 1967; Short and Hesp, 1982; Kelletat, 1995; Bird, 2008）。主要有两种观点：第一种认为沙丘在RSL上升期间由于海岸过程的激活和丰富的沉积物供应而生长（例如，Sokolov, 1884; Zenkovich, 1967; Kaplin et al., 1991; Short and Hesp, 1982）；第二种观点认为沙丘发展与RSL下降有关，此时沙质浅水区暴露出来并容易受到风的作用（例如，Pye, 1983）。这个问题在受最后一次冰川作用影响的地区尤为突出，因为那里的海岸线位置受到冰川均衡调整（GIA）、海平面波动（Lambeck et al., 2014）和垂直构造运动（例如，Kaplin and Selivanov, 1999; Clark et al., 2002; Harff et al., 2017）的影响。因此，在最后一次冰川作用期间，特别是在欧亚冰盖（EIS）地区（图1A），RSL在空间和时间上变化显著（Düsterhus et al., 2016; Baranskaya et al., 2018; Rosentau et al., 2021, Creel et al., 2022等），这导致了海岸沙丘的异步发展，在东北大西洋地区的海岸线上，在RSL下降（例如，Wilson et al., 2001; Molodkov and Bitinas, 2006）和上升（例如，Orford et al., 2000; Szkornik et al., 2008）期间都有沙丘生长的记录。在东北大西洋地区，包括波罗的海，与风暴相关的风成活动记录贯穿整个全新世（例如，Gilbertson et al., 1999; Clarke and Rendell, 2009; Goslin et al., 2018; Alexanderson and Bernhardson, 2019; Alexanderson et al., 2024a,b; Leszczyńska et al., 2025; Kalińska et al., 2024等）。从不同档案中识别出风暴增加和风成活动加剧的时期——全新世风暴期（HSP）（过去6.5千年；Sorrel et al., 2012）、Fils?风暴期（10-2.5千年间隔；Goslin et al., 2018）和瑞典南部-Storm Stack（SSST）（过去5千年；Kylander et al., 2023）——这些时期部分与寒冷和多风的阶段重合（Bond et al., 2001）。风暴的周期性与其他大气（Goslin et al., 2018; Kylander et al., 2023）和海洋（Sorrel et al., 2012）环流的变化有关。值得注意的是，HSP、FSP和SSST并不完全吻合，涵盖了多数但不是所有的风成运输激活和沙丘移动事件。研究风暴的时间、强度以及风暴与风成活动之间的关系仍然非常相关（例如，Kalińska et al., 2024）。在俄罗斯西部北极地区，包括白海，关于海岸沙丘和风成活动增加或出现的时期的信息仍然有限（图1A和B）。在巴伦支海沿岸，仅在两个地点描述了当前的沙丘动态（Ogorodov et al., 2003; Romanenko et al., 2015; Shuysky et al., 2020）（图1A）。对于白海，定义了次级海岸沙丘的分布范围和条件，并对其进行了形态分类（Repkina and Yakovleva, 2023）。在几个海岸地点确定了风成活动增加/开始的时期（例如，Repkina et al., 2022, 2023a, b, c, 2024; Timireva et al., 2022）（图1B）。然而，它们之间的相关性尚未进行研究。EIS边缘的RSL趋势（Düsterhus et al., 2016; Baranskaya et al., 2018; Rosentau et al., 2021; Creel et al., 2022）与气候波动（Wanner et al., 2008, 2011）之间的相似性表明，东北大西洋和俄罗斯西部北极的海岸沙丘演化可能具有相似特征，为这些地区的风成活动时期提供关联条件。要了解最后一次冰川作用期间海岸沙丘的发展模式，还需要了解白海海岸沙丘的沉积物来源。与波罗的海海岸不同，波罗的海海岸的主要沙丘沉积物来源是河流冰川沙（例如，K?yhk? et al., 1999），而白海海岸主要由抗侵蚀性较强的冰碛物构成，沙含量较少（Vareychuk and Ignatov, 1989; Safyanov and Solov'eva, 2005）。因此，河流沉积物的输入被认为是重要的沙源（Nevessky et al., 1977）。然而，最近的综合研究表明，在白海海岸的许多区域，沙丘的形成并不依赖于河流沉积物（Repkina and Yakovleva, 2023），因此这个问题需要进一步澄清。因此，研究白海东北部河口附近的大型海岸沙丘具有重要意义。本研究首次重建了全新世期间白海东北部（卡宁斯基）海岸沙丘的年代学和发展条件。研究这一位于斯堪的纳维亚冰盖（SIS）远端边缘、开放巴伦支海与内陆白海边界附近的地区（图1A）的海岸沙丘，有助于将俄罗斯西部北极和东北大西洋的风成活动记录联系起来。我们重点关注了一个关键区域——沿肖伊纳河口（67.9°N, 44.1°E）延伸约11公里的半岛（图1C和D），分析了该地区的地形特征和沉积古档案（海岸沙丘、阶地和水湖）。我们建立了风成活动增强或出现的时期与RSL和气候变化之间的相关性，时间尺度覆盖了过去9.2千年，以及更详细的1976-2022年期间，这使我们能够利用水文气象观测数据来解释风成活动的触发因素。通过综合新的数据和来自白海其他海岸的风成活动记录，我们首次获得了过去约10千年的该地区海岸沙丘发展的统一图景。这成为首次比较整个全新世期间俄罗斯西部北极和东北大西洋风成活动时期的基础。

**研究区域**
在最后一次冰川最大期（LGM），白海盆地被斯堪的纳维亚冰盖（SIS）覆盖（图1A和B）。冰川消退发生在大约18-17千年前至12.5-11.5千年前（图1B）（Svendsen et al., 2004; Astakhov et al., 2016; Hughes et al., 2016; Korsakova et al., 2023a, b, c）。大约13.5千年前，白海与巴伦支海相连（Evzerov et al., 2007; Kolka et al., 2005; Polyakova et al., 2014; Korsakova et al., 2016; Polyakova et al., 2023）。

**野外研究**
在2022年7月的野外研究中，我们记录了海岸地貌和沉积物中的风成活动。地貌调查包括对当代海岸带地貌、海岸沙丘和阶地的描述。基于海岸和风成地貌的形态和组成，定性分析了海岸沙丘的发展趋势（生长、稳定、退化、迁移）和沉积物运输方向。

**海岸沙丘分布**
根据野外观察和卫星图像解释，我们确定了肖伊纳河左岸的风成和海岸地貌的类型、形态和发展趋势，以及从海岸带向内陆的主要沙运输方向（图3，表1）。初级沙丘（前积沙丘和悬崖顶沙丘）沿西南河口岸延伸约2.5公里，沿面向海洋的开放海岸延伸约11公里。次级沙丘（吹蚀沙丘、抛物线形沙丘）...

**当前条件下白海东北部海岸沙丘的模式和形成条件（1976-2022年）**
在当前条件下...