维斯瓦沙嘴运河开挖揭示波罗的海南岸全新世沉积年代学新证据

《Radiocarbon》：Radiocarbon dates from deposits sampled at the Vistula Spit canal excavation (Southern Baltic coast, Poland)

本刊推荐：为解决维斯瓦沙嘴沿海屏障地貌演化年代框架缺失问题，研究团队通过AMS 14C测年技术对运河开挖剖面中16件埋藏古土壤、泥炭及海相沉积样品展开高精度年代学研究。首次获得该区域7-18世纪风成沙丘活化与稳定的直接年代证据，揭示中世纪人类活动对海岸演化的影响，为南波罗的海海岸线变迁模型提供关键约束。

　　

在波罗的海南岸蜿蜒的沙质海岸线上，维斯瓦沙嘴如同一条天然臂膀，守护着背后的泻湖。这座长达百公里的沿海屏障地貌由连绵的沙丘链和丘间沼泽构成，其形成演化历史始终是海岸地质学家关注的焦点。传统上，根据形态特征将沙丘划分为远离海岸的古老"棕色沙丘"和近岸的新生"黄色沙丘"，但这种基于形态的划分缺乏精确的年代学支撑。更棘手的是，此前对该区域的研究大多基于钻孔和浅层探坑的间接取样，使得确定沉积层的确切地层位置困难重重。尽管已有43个¹⁴C测年数据和光释光测年结果，但研究区关键断面仍缺乏直接可靠的年代证据，严重制约了对南波罗的海海岸线演化过程的深入理解。

转机出现在2020-2022年维斯瓦沙嘴航运运河的建设过程中，这为科学家提供了千载难逢的研究机会。一条长约1.3公里、垂直于海岸的开挖剖面，揭开了高达25米的沙丘脊内部结构，使研究人员能够直接观察沉积序列并采集样品。这项发表在《Radiocarbon》的研究，正是利用这一独特窗口，通过加速器质谱（Accelerator Mass Spectrometry, AMS）¹⁴C测年技术，对16个样品进行高精度年代测定，填补了该区域年代学框架的关键空白。

研究团队采用的关键技术方法主要包括：在运河开挖面系统采集沉积物样品，区分出四种沉积相类型；由波兹南放射性碳实验室（Poz）和格利维采放射性碳实验室（GdA）分别进行AMS ¹⁴C测年，其中有机样品采用酸-碱-酸（ABA）前处理流程，木质样品还尝试了索氏提取和全纤维素提取等多种去污方法；使用OxCal v4.4软件和IntCal20、Marine20校准曲线进行年代校准，海洋贝壳样品采用△R=-119±50的储库效应校正值。

材料与方法

样品采集自运河开挖暂时可及的剖面，记录了采样点的GPS坐标、相对于现今海平面和原始地表的深度。测年材料包括古土壤中的分散木炭和植物残体、海洋沉积中的木材和软体动物贝壳。实验室对样品进行化学前处理去除污染物，通过燃烧或酸解法获得CO₂，经石墨化后使用紧凑型碳AMS谱仪或MICADAS谱仪测量¹⁴C浓度。

结果

研究共获得21个AMS ¹⁴C测年结果，对应16个样品，代表四种沉积相：

沉积相I：埋藏古土壤与泥炭透镜体

样品1-3和5来自埋藏泥炭透镜体，年代范围为260-30 cal BP，表明这些泥炭层在近现代仍在形成。样品4（泥炭底层）给出较老年龄550-490 cal BP，反映泥炭层的持续积累过程。样品6-8来自埋藏灰化古土壤（Podzolic paleosol），其中样品8年代为1350-1280 cal BP，记录了这一古土壤开始发育的最早时间。样品7（510-320 cal BP）出土位置发现大量牛蹄印，为人类活动提供间接证据。

沉积相II：最老世代沙丘

样品10来自初始阶段发育的砂质新成土（Arenosol），年代为680-560 cal BP，表明"棕色沙丘"上部在中世纪晚期发生再活化。样品11来自最南端沙丘中的初期灰化古土壤，年代为5910-5660 cal BP，标志着最老沙丘的稳定时间。

沉积相III：海滩沉积

样品12（木材）和13（软体动物壳）来自沙丘基底的海滩沉积，年代分别为5990-5750 cal BP和6290-5920 cal BP，记录海陆过渡时期。

沉积相IV：浅海陆架沉积

样品14（植物残体）年代为6660-6490 cal BP，代表浅海相沉积时间。样品15（种子）和16（木材）年龄异常偏老（样品16经多种前处理得年龄范围49150-34830 cal BP），表明为再沉积的古老有机质。

讨论与结论

研究表明，维斯瓦沙嘴的演化是阶段性过程：最老沙丘（"棕色沙丘")于5910-5660 cal BP期间稳定，随后经历海滩沉积（约6000 cal BP）和浅海沉积（约6600 cal BP）。灰化古土壤发育始于公元7世纪（样品8），持续至中世纪晚期（样品7），而泥炭积累持续至17-18世纪。沙丘大规模前进掩埋这些地表的时间窗口可精确限定在17世纪后半叶至18世纪末，这与历史地图记录吻合。样品9（3150-2880 cal BP）可能代表更早古土壤残留，样品10（13-14世纪）则反映人类活动导致的沙丘再活化。

这项研究首次提供了维斯瓦沙嘴关键断面的高精度年代学框架，揭示了中世纪气候适宜期（Medieval Climatic Optimum）和人类活动对海岸沙丘动态的深刻影响，为理解波罗的海海岸线对自然和人为胁迫的响应机制提供了重要科学依据。