海洋所研究揭示日本海對馬暖流的長期演化歷史
近日,國際地學期刊Earth and Planetary Science Letters《地球與行星科學通訊》(Nature Index)在線發(fā)表了中國科學院海洋研究所萬世明研究團隊在晚新生代對馬暖流演化方面的最新研究成果。研究團隊和美國羅德島大學、日本東京大學、海南大學等單位開展合作,基于綜合大洋鉆探計劃IODP 346航次在日本海中部和南部鉆探獲取的沉積物巖芯的硅藻化石記錄,重建了過去約1500萬年以來對馬暖流的演化歷史,發(fā)現(xiàn)明顯的對馬暖流活動最早出現(xiàn)于約1200萬年前,揭示了印尼海道的變窄和全球氣候變化驅(qū)動了西太平洋暖池-黑潮流系-對馬暖流的協(xié)同演化。
西太平洋暖池作為全球最重要的熱量和水汽源區(qū),在區(qū)域乃至全球氣候變化中發(fā)揮著關鍵作用,其形成演化對理解地球氣候的歷史至為重要。但目前西太平洋暖池的研究仍主要局限于晚中新世以來,其早期演化及與西邊界流系的聯(lián)系并不清楚。黑潮作為北太平洋副熱帶環(huán)流系統(tǒng)中的西邊界流,是全球海洋中僅次于墨西哥灣流的第二大暖流。黑潮將西太平洋暖池的熱量和水汽源源不斷輸送到北半球中緯度區(qū)域,不僅孕育了豐富的漁業(yè)資源,還塑造了東亞沿海地區(qū)溫暖濕潤的宜居氣候環(huán)境。對馬暖流是黑潮在東海東北部的主要分支,經(jīng)對馬海峽流入日本海。因此,地質(zhì)時期對馬暖流的活動可用于指示黑潮的演化乃至西太平洋暖池的發(fā)展,并進而揭示西邊界流系與西太平洋暖池演化背后的驅(qū)動機制。

圖1 日本海研究站位、表層洋流及古地理演化
日本海處于北溫帶,對馬暖流是現(xiàn)今流入日本海的唯一暖流,為該區(qū)域提供了重要的低緯熱量及營養(yǎng)鹽。硅藻是一種重要的浮游植物(少數(shù)種屬固著底棲),其種屬演化可以反映表層洋流的活動及海表溫度的變化。日本海IODP U1430和U1425站位位于對馬暖流活動路徑上,其巖芯沉積物提供了重建對馬暖流長期演化的重要材料。研究團隊通過硅藻化石種屬的統(tǒng)計分析及表層水古溫度的指示,在古生物地層和磁性地層年代約束的基礎上,重建了中中新世以來對馬暖流活動的長期歷史,進而綜合已發(fā)表的放射蟲、有孔蟲等數(shù)據(jù),揭示了中中新世以來對馬暖流、黑潮流系及西太平洋暖池之間的相互聯(lián)系。

圖2?中中新世以來日本海主要硅藻種屬
結(jié)果顯示,典型的熱帶-亞熱帶暖水硅藻種屬豐度及硅藻古溫度指標Td′存在顯著的階段性變化,指示了不同時期對馬暖流活動強度的變化。15?12 Ma,雖然一度存在較高的巨大輻環(huán)藻豐度(溫帶種),但由于缺乏熱帶-亞熱帶的暖水硅藻化石組合,暗示此階段可能缺乏對馬暖流的活動。12?11 Ma,此時熱帶-亞熱帶暖水硅藻化石組合開始出現(xiàn),指示了早期的對馬暖流活動,這和印尼海道變窄、西太平洋暖池開始形成及黑潮發(fā)生強化的時間相一致。大約10.7?10 Ma時,由于全球海平面下降和對馬海峽的關閉,導致了對馬暖流的短暫中斷與日本海南部硅藻豐度的顯著下降。10?7 Ma的熱帶-亞熱帶暖水硅藻記錄表明,該階段仍存在相對明顯的對馬暖流活動。7?4 Ma,由于缺乏暖水硅藻化石,冷水種硅藻占據(jù)主導,表明對馬暖流的活動可能一度中斷,也對應了該時期黑潮強度的減弱及其路徑的南移。直到4?3 Ma,典型熱帶-亞熱帶暖水硅藻化石記錄的再次出現(xiàn)顯示出對馬暖流的再次活動,該階段正對應于印尼海道的進一步變窄及巴拿馬海道的最終關閉,其促使了現(xiàn)代西太平洋暖池及和現(xiàn)代黑潮的形成。而后3?2 Ma,由于北半球大冰期的加劇,對馬暖流活動明顯減弱。自中更新世氣候轉(zhuǎn)型以來,全球氣候及海平面調(diào)控著黑潮的強度及對馬海峽的開放程度,最終導致了日本海對馬暖流的周期性強弱波動。

圖3?中中新世以來日本海硅藻化石組合及古溫度指標Td′的變化

圖4?中中新世以來對馬暖流、黑潮及西太平洋暖池的協(xié)同演化
本研究基于日本海過去約1500萬年以來的硅藻化石記錄,重建了迄今最長的對馬暖流活動歷史,并探究了在西太平洋構(gòu)造和全球氣候變化共同驅(qū)動下,對馬暖流、黑潮流系和西太平洋暖池之間的協(xié)同演變,為西太平洋古海洋和古氣候演化提供了新的認識。
論文的第一作者為中國科學院海洋研究所博士研究生程宇龍,通訊作者為萬世明研究員。本研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略先導科技專項和泰山學者項目的支持。
論文信息:
Yulong Cheng,Shiming Wan*,Rebecca S. Robinson,Kenji M. Matsuzaki,Debo Zhao,Xingyan Shen,Lina Zhai,Yi Tang,Huiling Liu,Anchun Li,2025. The history of the Tsushima Warm Current since the middle Miocene: Co-evolution with the Kuroshio Current and the Western Pacific Warm Pool. Earth and Planetary Science Letters 661: 119385,DOI: 10.1016/j.epsl.2025.119385
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012821X25001840
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