QSR发表大洋钻探新成果：北半球冰盖增长期亚南极深层水含氧量下降

近日，国际知名地学期刊《Quaternary Science Reviews》以“Decreased deep water oxygenation at Latest Pliocene in the Subantarctic South Pacific”为题，发表了海洋地质全国重点实验室硕士研究生王美乐与合作者的最新研究成果。该研究依托亚南极南太平洋IODP U1541站沉积岩芯，揭示了3.0-2.7 Ma（百万年前）南大洋绕极深层水含氧量显著下降的现象，进而探讨了相关的过程机制和潜在效应。

南大洋是全球海洋环流的“心脏”，源自南大洋的深层水团（包括南极底层水AABW和绕极深层水CDW）通过调控热量、营养盐和碳在全球各大洋盆的分配和循环，深刻影响着地球气候系统。然而，在晚新生代的关键气候转型期——北半球冰盖增长期（intensification of Northern Hemisphere Glaciation, iNHG, 约3.1-2.5 Ma），南大洋深部水团的性质变化，长期以来缺乏直接的证据记录。

该研究利用亚南极南太平洋U1541站沉积岩芯，开展了古海洋学经典的底栖有孔虫属种群落统计分析：首先基于该研究获取的数据和文献资料，划分出4类主要属种组合；进而基于亚南极南大洋的地理特征和iNHG前后的古海洋证据，归纳出2个指示底水氧含量的标志性底栖有孔虫组合，即代表相对高含氧量的Cb组（以Cibicidoides spp.为代表）和指示低含氧量的Ou组（以Oridorsalis umbonatus为代表）。

利用U1541站这些底栖有孔虫属种和相关指标记录，该研究首次重建了上新世末至更新世初约3.5至2.1 Ma（百万年前）亚南极南太平洋深层水含氧量的千年分辨率变化。结果显示（图1）：在约3.5-3.2 Ma期间，底栖有孔虫Cb组占主导，反映亚南极太平洋深水含氧量相对偏高；约3.0-2.7 Ma期间，Cb组逐渐减少，同时Ou组显著增加，指示深水氧含量显著下降。此外，底栖有孔虫组合的主导轨道周期也发生转变：在iNHG之前（3.5-3.2 Ma）占主导的Cb组表现为~21 kyr岁差周期主控，而在iNHG之后（约2.7 -2.1 Ma）占主导的Ou组则主要受~41 kyr倾角周期控制。

图1 亚南极太平洋深水含氧量转型及其与其他记录对比

图2 （a）晚上新世和（b）早更新世南大洋翻转环流及含氧量变化示意图

通过南极-南大洋和太平洋、大西洋的相关指标记录对比，该研究提出：3.0-2.7 Ma期间亚南极深层水的含氧量下降，主要与西南极冰盖扩张从陆地型冰盖转向海洋型冰架、罗斯海被季节性海冰覆盖以及南大洋锋面系统向赤道迁移密切相关（图2）；西南极-南大洋的这一系列变化，可能共同削弱了南极底层水的通风效率，导致深水氧含量降低。据此，该研究初步揭示，南大洋深层翻转环流可能在iNHG早期阶段发生了结构性重组，对iNHG期间的深海碳储库和全球气候转变具有潜在的深远影响。

该研究的新发现，为深入理解上新世-更新世之交的北半球冰盖增长期，提供了来自南大洋深层海水性质的关键新线索，也为评估未来南极冰盖变化对海洋环流和碳循环的潜在影响提供了重要的地史参考。

论文第一作者为海洋地质全国重点实验室硕士生王美乐（导师：翦知湣院士），通讯作者为党皓文教授，合作者包括中国科学院南海海洋研究所万随副研究员，德国阿尔弗雷德·韦格纳研究所（AWI）Frank Lamy教授，美国哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站Gisela Winckler教授，西北大学徐建教授，以及海洋地质全国重点实验室卢婉仪教授、肖文申副教授、金海燕副教授和翦知湣院士。该研究受国家自然科学基金、国家重点研发计划、ONCE计划、上海市基础研究特区项目等资助。

Meile Wang, Haowen Dang, Sui Wan, Wanyi Lu, Wenshen Xiao, Frank Lamy, Gisela Winckler, Haiyan Jin, Jian Xu, Zhimin Jian. Decreased deep water oxygenation at Latest Pliocene in the Subantarctic South Pacific. Quaternary Science Reviews, 390, 2026,110167。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2026.110167.