南方科技大学海洋系对南海冰期-间冰期沉积模式建立新模型

近日，南方科技大学海洋科学与工程系（简称“海洋系”）海洋磁学中心（Centre for Marine Magnetism, CM2）团队，通过对南海南部陆坡区沉积岩心进行研究，对边缘海地区冰期-间冰期沉积模式提出新的模型。相关成果以“Contrasting sensitivity of weathering proxies to Quaternary climate and sea-level fluctuations on the southern slope of the South China Sea”（南海南部地区气候和海平面升降对风化指标的不同响应特征）为题，发表在地球科学领域权威自然指数期刊《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）上。

边缘海作为连接海洋和陆地之间的桥梁和纽带，是海陆交互作用最为强烈的地区，其古海洋演化受到区域古环境和全球气候变化的共同影响。作为贡献了全球陆源沉积通量约66%的亚洲大陆边缘，其沉积物源-汇过程及其在碳循环中的作用对于我们理解气候变化的响应和反馈具有重要意义。而且，大陆边缘地区具有快速沉积的特征，通过这些高分辨率的连续记录可以获得大量地球化学和矿物学特征，对于我们研究千年尺度上海-陆相互作用和轨道周期的古气候变化具有非常重要的科学价值。然而，由于缺乏对复杂沉积搬运、沉积和埋藏过程的机制理解，会使得我们解释沉积记录对于全球碳循环过程的重要性评估产生偏颇。

在第四纪冰期-间冰期循环中，冰期海平面较全新世下降达120m，陆架广泛暴露，堆积的松散沉积物广泛的硅酸盐风化会消耗大气中的CO2，这一过程可引起大气碳消耗及其向海洋的转移。对南海的研究指出，在全球尺度上，该过程相当于全球硅酸盐风化通量的12%，可贡献9%的冰期pCO2下降，因此冰期热带陆架风化是冰期-间冰期碳循环中一个被忽视的重要机制，这进一步在西菲律宾海吕宋陆架和东海沉积记录得到了证实。

但是，从现有的工作来看，陆源碎屑矿物类型复杂，具有特殊的物理-化学属性，比如不同表面积和离子交换作用力。这些对于海洋沉积物中有机碳的吸附和埋藏作用不同。同时，粒径的再悬浮过程和雾状层的横向漂流构成都有可能对于不同粒径的矿物产生空间分布的差异性。因此，在中国边缘海地区，通过表层样品的有机碳分布和埋藏的研究已经证实水动力分选发挥了非常重要的作用。而对于冰期-间冰期海平面变化下，水动力分选作用对不同碎屑矿物的影响机制还存在争议，这对于我们认识边缘海古气候和风化指标解释方面会有重要的影响。

南海南部地区具有非常宽广的大陆边缘，一方面该地区受到低纬度热带降水的化学风化作用的影响，另一方面，冰期-间冰期海平面变化对于这些陆源矿物沉积影响非常大。因此，该区域对于我们理解海平面升降和气候控制对于陆源碎屑矿物沉积过程具有重要的研究价值（图1）。

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图1.南海地形图及研究站位

为了厘清南海地区不同碎屑矿物沉积模式差异性，南方科技大学海洋磁学中心（CM2）仲义博士在合作导师刘青松讲席教授的指导下，联合中国科学院南海所、海洋所、中国海洋大学、自然资源部第一海洋研究所等国内外多家单位，对南海南部地区陆源碎屑矿物进行了多学科交叉的系统研究，方法包括岩石磁学、黏土矿物学、粒度等记录重建。该研究重建了9万年以来南海南部陆坡区陆源碎屑矿物记录，并通过空间对比，指标集成的方法，对于边缘海沉积模式提出新的认识：

（1）南海地区沉积模式空间差异性：系统对比南海北部和南部不同化学风化指标的结果，认为南海陆坡及陆架地形环境及深水洋流环境对于陆源风化指标具有不同影响，南海北部地区受太平洋深水洋流作用较强，其风化指标受到海平面升降影响较小，而在南海南部地区受到宽广陆架的地形控制，使得该地区陆源碎屑矿物在冰期-间冰期受到海平面的升降作用明显增强（图2）。

（2）陆源风化指标差异性:通过不同粒径特征的陆源碎屑矿物对比，黏土矿物以单一矿物为主，因此在海平面升降变化时期影响较小，可以进行长距离搬运作用；而磁性矿物如赤铁矿，作为重矿物类型，其受到海平面升降作用较大，水动力的再沉降和搬运过程导致其在冰期-间冰期呈现出与南海北部不同的沉积模式（图3）。

图2. 90kyr以来南海南部B9站位陆源碎屑指标及其对比站位记录

图3. 南海南部黏土和磁性矿物从源到汇搬运和沉积过程模型

本研究通过多指标、多维度和多学科交叉方法，重建了南海地区陆源碎屑矿物沉积模式的特殊性，为我们全面理解低纬度边缘海地区海平面升降和气候变化影响下风化指标研究提供了重要的约束，同时为边缘海地区陆源碎屑矿物与有机碳埋藏机制提供了新的思考。

南方科技大学海洋科学与工程系研究助理教授仲义为该论文的第一作者，讲席教授刘青松为论文通讯作者。南科大为论文第一单位。以上研究得到了国家自然科学基金（41806063, 41874078, 41976065)，青岛海洋科学与技术试点国家实验室开放基金（MGQLM-KF201818），三亚崖州湾科技城管理局2020年度科技计划项目(SKJC-2020-01-012，深圳市科创委项目（KQTD20170810111725321）以及中国博士后基金（2020M682770）资助。

论文链接：

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