国际地学刊物《第四纪科学评论》(Quaternary Science Reviews，地学领域顶级期刊）于2020年2月17日在线发表了海洋试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室徐兆凯研究员（第一作者）和李铁刚研究员（通讯作者）与法国巴黎南大学、美国路易斯安那州立大学、韩国海洋科学技术院、中国科学院海洋研究所、自然资源部第一海洋研究所和山东理工大学等单位合作的最新研究成果“Enhanced terrigenous organic matter input and productivity on the western margin of the Western Pacific Warm Pool during the Quaternary sea-level lowstands: Forcing mechanisms and implications for the global carbon cycle（第四纪低海平面阶段西太平洋暖池西部边缘地区增强的陆源有机质输入和生物生产力：驱动机制和全球碳循环指示意义）”。他们基于多学科交叉和多圈层集成，证实了晚第四纪冰期阶段研究区在全球碳循环中的重要“汇”作用，进一步丰富了亚洲大陆边缘“源?汇”过程的研究内容。
西太平洋暖池为全球海洋系统的重要组成部分以及大气热量和水汽的重要贡献者，进而影响着全球气候和碳循环。然而，科研界对其生态系统和生物地球化学循环过程的控制机制存在着明显争议：温跃层变化和陆源物质输入。这主要是因为相关研究多聚焦于前者变化显著但后者贡献有限的暖池中、东部（即远离陆地/岛屿的开阔大洋区），因而可能低估了后者的重要性。
上述科研人员通过系统对比暖池西部纬向岩芯剖面的水动力、陆源有机质输入、海表生物生产力及海底氧化?还原环境方面高分辨率综合记录，首次明确了晚第四纪冰期阶段研究区增强的陆源物质输入对海底碳埋藏的积极促进作用：1、以吕宋岛为代表的热带火山岛弧地区（约占全球陆地面积的1%）大陆架的广泛出露及出露大陆架上松散硅酸盐的强风化剥蚀作用可以消耗大量大气CO2（即“硅酸盐风化假说”，贡献了此时大气CO2浓度降低量的约10%；图2），且其产物的入海可以为大陆坡等海区带来丰富的陆源有机质和营养元素（如硅），进而导致此处的海表生物生产力勃发、海底还原环境及海底碳的大量埋藏；2、亚洲风尘物质及其所携带的营养元素（如铁和硅）输入量的增加也可以引起深海区（约占全球海洋面积的0.08%）类似现象的发生（即“铁假说”，贡献了此时大气CO2浓度降低量的约1.3%）。
本研究得到了海洋试点国家实验室鳌山科技创新计划（2016ASKJ13）等项目的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0277379119305724
日前，国际知名地学期刊Quaternary Science Reviews（《第四纪科学评论》）在线报道了海洋试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室李铁刚研究组关于轨道时间尺度热带西太平洋温跃层变化机制的研究成果。该论文的题目为“Thermocline dynamics in the northwestern tropical Pacific over the past 700 kyr(70万年来西北热带太平洋温跃层动力学)”，通讯作者为李铁刚研究员，第一作者为在站博士后贾奇。
分析温跃层变化特征是探讨热带西太平洋上层海洋变化机制的关键环节。然而目前关于轨道时间尺度上热带西太平洋温跃层变化特征的研究仍存在一些争议，其中包括：（1）热带西太平洋温跃层水文变化主要受到南太平洋还是北太平洋来源水体的影响？（2）热带西太平洋温跃层深度在冰期时变浅还是加深？（3）热带西太平洋不同区域的温跃层深度是否具有同步的变化特征？为了探索这些问题，重建并分析了热带西太平洋北部菲律宾海本哈姆高原MD06-3047B岩芯70万年以来的温跃层海水温度、盐度和深度变化，并进一步分析其影响因素。
结果显示，研究区温跃层海水温度和盐度具有显著的斜率周期，即高斜率值阶段，对应研究区温跃层海水温度和盐度升高。结合前人模拟结果，并与北太平洋热带水形成区域的表层海水温度记录进行对比，发现这一现象可能与高斜率条件下，低纬海区向高纬海区热量传输减少，同时温暖的北太平洋热带水对研究区影响增强有关。在冰期-间冰期尺度上，利用表层与温跃层海水温度差值反演的温跃层深度变化结果显示，冰期时研究区温跃层加深，通过与影响研究区温跃层深度变化的两个主要因素（东亚冬季风和类厄尔尼诺-南方涛动）对比，分析认为冰期时东亚冬季风增强，可能通过垂向混合和/或艾克曼下沉作用，使上层水体温度梯度减小，温跃层加深；而冰期时，类拉尼娜状态也有助于冰期时温跃层海水温度升高，进而促进温跃层加深。为了进一步从空间上分析热带西太平洋温跃层深度的经向变化特征，对比了已报道的热带西太平洋中部和南部的温跃层深度记录，结果显示，热带西太平洋温跃层深度在经向上具有同相位的变化特征，这一结论与前人模拟结果具有很好的一致性。因此推测，冰期-间冰期时间尺度的热带西太平洋温跃层深度变化可能受到北半球气候变化，如冰体积消长的驱动。
本篇论文发现热带西太平洋北部温跃层海水温盐主要受到北太平洋来源水体的影响，这与前人关于热带西太平洋南部温跃层水文变化受到南太平洋来源水体影响的结论不一致。这表明轨道时间尺度上热带西太平洋温跃层水文变化具有区域性特征，而热带西太平洋温跃层深度在冰期-间冰期尺度上又具有同相位的变化特征，由此可见热带西太平洋上层海洋变化机制远比我们想象的复杂，需要更深入的研究。
该研究得到国家自然科学基金重点项目和海洋试点国家实验室开放基金项目的支持。本论文合作作者还包括厦门大学Stephan Steinke教授和辛辛那提大学Thomas J. Algeo教授等。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106465
