海洋所揭示中新世暖期西太平洋深海沉積傳輸機(jī)制
近日,中國科學(xué)院海洋研究所蔣富清研究員主持的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目在中新世氣候適宜期陸源物質(zhì)向深海輸送規(guī)律和驅(qū)動機(jī)制研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。相關(guān)成果以“Long eccentricity control on the clay minerals deposition in the northwestern Philippine Sea during the Miocene Climate Optimum”為題發(fā)表于國際地學(xué)期刊Global and Planetary Change(《全球和行星變化》)。
中新世氣候適宜期(MCO,約1700萬至1400萬年前)是新生代以來長期變冷趨勢中一個(gè)特殊的溫暖階段。這一時(shí)期,全球平均溫度比現(xiàn)今高約3-6 ℃,大氣CO2濃度也持續(xù)處于較高水平,大氣與海洋環(huán)流格局發(fā)生顯著調(diào)整,極地冰蓋規(guī)模也相對較小。然而,關(guān)于MCO期間西北菲律賓海沉積物中所記錄的氣候信號、物源輸入特征及背后的驅(qū)動機(jī)制,此前尚未形成清晰的認(rèn)知。黏土礦物作為對氣候與環(huán)境變化極為敏感的指標(biāo),能夠記錄源區(qū)特征及古氣候演變的信息。研究團(tuán)隊(duì)聚焦國際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃(IODP)U1438站1750萬至1220萬年間的沉積物,系統(tǒng)分析了其中黏土礦物的組成、來源及周期性變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)蒙皂石/(伊利石+綠泥石)比值(S/IC)在MCO期間呈顯著升高趨勢,且具有明顯的長偏心率周期。該成果不僅填補(bǔ)了西北太平洋地區(qū)MCO氣候變化沉積響應(yīng)研究的空白,更為揭示軌道尺度氣候驅(qū)動機(jī)制提供了新的科學(xué)證據(jù)。

圖1 研究區(qū)地理位置、風(fēng)場、洋流及相關(guān)研究站位
研究表明,黏土礦物中蒙皂石主要來源于西北菲律賓海周圍火山島弧,而伊利石與綠泥石則主要源于亞洲大陸的風(fēng)塵輸送。其中,S/IC比值的長期變化趨勢與MCO時(shí)期的暖濕氣候形成顯著響應(yīng):溫暖濕潤的氣候條件一方面增強(qiáng)了西北菲律賓?;鹕綅u弧的風(fēng)化作用,使蒙皂石輸入量增加;另一方面抑制了亞洲內(nèi)陸巖石的侵蝕過程,導(dǎo)致伊利石和綠泥石減少。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),在軌道尺度上,S/IC比值的變化與軌道長偏心率周期呈反相位關(guān)系。具體而言,在長偏心率最小期(對應(yīng)北緯35°日照量最低、氣候相對偏冷階段),北半球西風(fēng)帶南移,推動亞洲內(nèi)陸的水汽輸送增加,干旱程度隨之減弱,致使輸入西北菲律賓海的伊利石和綠泥石減少;與此同時(shí),南大洋繞極深層水(Circumpolar Deep Water, CDW)向北流動增強(qiáng),提升了西北菲律賓海深層海水的熱量和化學(xué)物質(zhì)含量,加速了海底火山巖的化學(xué)風(fēng)化過程,進(jìn)而促進(jìn)蒙皂石的形成與沉積。這一耦合機(jī)制為MCO期間S/IC比值在長偏心率極小值期間的升高現(xiàn)象提供了合理解釋。MCO結(jié)束之后(1400萬-1220萬年前),全球氣候轉(zhuǎn)向冷干,南極冰蓋擴(kuò)張,海平面下降,亞洲內(nèi)陸物理風(fēng)化作用增強(qiáng),導(dǎo)致伊利石和綠泥石輸入顯著增加,而蒙皂石含量則相應(yīng)下降。在此過程中,長偏心率信號逐漸減弱,表明高緯過程(如冰蓋變化)正逐步取代低緯過程,成為氣候系統(tǒng)的主導(dǎo)驅(qū)動因素。

圖2 中中新世西北菲律賓海S/IC比值與氣候及洋流記錄對比

圖3 長偏心率極小值(a)和極大值(b)期間西北菲律賓海黏土礦物沉積示意圖
本研究創(chuàng)新性地將沉積記錄與天文軌道強(qiáng)迫相結(jié)合,清晰揭示了中新世氣候適宜期長偏心率周期對中低緯度氣候系統(tǒng)和源-匯過程的調(diào)控作用,為解析中新世氣候變化與大氣環(huán)流的演化提供了堅(jiān)實(shí)依據(jù)。同時(shí),這一成果也為深入理解未來氣候變暖背景下源-匯過程與深水環(huán)流之間的相互作用提供了重要參考。
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士研究生任傳亮,通訊作者為海洋所蔣富清研究員和曾志剛研究員。本研究得到了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持。
論文信息:
Chuanliang Ren, Fuqing Jiang*, Xuguang Feng, Yu Yan, Hao Zheng, Xiaojing Zhou, Zhishun Zhang, Zhigang Zeng*, 2025. Long eccentricity control on the clay minerals deposition in the northwestern Philippine Sea during the Miocene Climate Optimum.?Global and Planetary Change,?253, 104938. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.104938
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