最近，国际地学期刊《Journal of Asian Earth Sciences》在线发表了题为“Redox evolution in the subtropical Northwest Pacific across the Middle Miocene Climate Transition”的研究成果。该成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室张志顺博士生、赵彦彦教授、李东永工程师和李三忠教授等合作完成。

过去几十年里，海洋氧含量一直在下降，这与全球变暖密切相关。相关的研究表明气候可以通过多种反馈机制影响海洋氧含量，例如O₂溶解度、生物消耗以及海洋环流的变化等都可以导致海洋氧含量变化。然而，这些气候驱动因子在不同的时间和空间尺度上对海洋氧含量影响的相对重要性如何？我们仍缺乏比较清晰的认识，这也使得未来海洋氧含量的模拟预测往往产生不同结果。地质历史时期海洋氧化还原演化可以为我们认识未来海洋氧含量变化提供一个很好的参照。中中新世是新生代三大气候转折之一，该时期海洋环境也发生了显著变化。因此，研究中中新世海洋氧化状况，对我们理解气候变化背景下海洋氧含量长期、全球或区域范围的变化及其驱动机制具有重要启示。

本研究选取了位于亚热带西北太平洋的两个大洋钻探岩心U1505和U1438（图1）。我们利用岩心自然伽马射线（NGR）强度换算而来的元素U和Th数据，对该地区中中新世气候转型期（Middle Miocene Climate Transition，MMCT）的氧化还原状况进行了高分辨率研究。结果表明，MMCT时期位于不同海洋分层的两站位的氧化还原变化有明显差异（图2）。结合当地输出生产力以及大洋环流的变化，我们认为在早-中MMCT时期两站位氧化还原状况主要受气候变冷驱动的水团结构变化控制（图3，4），而晚MMCT时期主要是当地生产力变化的影响（图2）。此外，深海氧含量变化对认识大气CO₂的变化也有重要意义。MMCT时期亚热带西北太平洋深海氧含量的下降反映了呼吸碳库的加深，使得更多的CO₂被封存在深海（图4），这可能是当时大气CO₂下降的一个原因。

图1 本研究相关站位及洋流概况图

图2 研究站位U/Th变化与风化、生产力变化对比图

图3 MMCT时期亚热带西北太平洋氧化还原历史以及气候响应和驱动

图4 水团结构变化和呼吸碳库迁移示意图

该研究受到了中央高校基本科研业务费、国家自然科学基金项目和青年泰山学者项目的资助。

Zhang, Z., Yang, J., Feng, X., Guo, X., Liu, P., Wei, H., Liu, S., Zhao, Y.*, Zhang, G., Li, S., Zhang, Y. and Li, D.*, 2023. Redox evolution in the subtropical Northwest Pacific across the Middle Miocene Climate Transition. Journal of Asian Earth Sciences, 105916.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2023.105916