近日，國(guó)際地學(xué)刊物《全球和行星變化》（Global and Planetary Change，TOP 5%）發(fā)表了中科院海洋所常鳳鳴研究組與法國(guó)巴黎-薩克雷大學(xué)、韓國(guó)海洋科學(xué)技術(shù)院和自然資源部第一海洋研究所合作的最新研究成果“Tectonic and climatic controls on sediment transport to the Southeast Indian Ocean during the Eocene: New insights from IODP Site U1514”。
該研究基于多學(xué)科交叉和多圈層耦合，在國(guó)際上首次系統(tǒng)揭示了始新世期間東南印度洋曼達(dá)岬海盆沉積物源-匯過(guò)程的連續(xù)性演化歷史及其對(duì)南半球中-高緯度地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)和氣候變化的響應(yīng)，這對(duì)深入理解溫室效應(yīng)背景下地球氣候系統(tǒng)的演變過(guò)程及其成因機(jī)制具有重要價(jià)值。
近年來(lái)，國(guó)際上深海地質(zhì)研究領(lǐng)域最為前沿的合作計(jì)劃——國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃（IODP）將地球氣候系統(tǒng)和板塊構(gòu)造活動(dòng)列為其七大戰(zhàn)略目標(biāo)中的關(guān)鍵組成部分，更加注重地球的宜居性及全球氣候環(huán)境變化等與人類社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)的前沿科學(xué)問(wèn)題。特別是在當(dāng)前全球氣候變暖的背景下，深入研究關(guān)鍵地質(zhì)歷史時(shí)期的古氣候環(huán)境演變過(guò)程及其成因機(jī)制，進(jìn)而獲取當(dāng)前及未來(lái)氣候變化的“近似型”，對(duì)于人類更好地預(yù)測(cè)氣候變化的趨勢(shì)以及科學(xué)地應(yīng)對(duì)全球變暖等系列危機(jī)具有非常重要的借鑒意義。
始新世是地球氣候系統(tǒng)由“暖室期”向“冷室期”轉(zhuǎn)變的過(guò)渡期，也是全球板塊重組的關(guān)鍵階段，從而被認(rèn)為是顯生宙以來(lái)最接近未來(lái)氣候變化預(yù)測(cè)值的“近似型”，因此是研究溫室效應(yīng)條件下地球系統(tǒng)各圈層相互作用的典范。然而，在對(duì)當(dāng)時(shí)氣候環(huán)境和構(gòu)造活動(dòng)的變化異常敏感的東南印度洋中-高緯度地區(qū)，迄今為止科研界仍缺少始新世階段該區(qū)域的連續(xù)性沉積記錄。2017年在東南印度洋中實(shí)施鉆探的IODP 369航次，在澳大利亞西南岸外的曼達(dá)岬海盆獲取了U1514站位的高質(zhì)量長(zhǎng)巖芯沉積物（圖1），進(jìn)而為填補(bǔ)始新世時(shí)期東南印度洋中關(guān)鍵海區(qū)沉積記錄的空白提供了極佳的載體和契機(jī)。
研究人員利用U1514站位巖芯沉積物，基于極好的古生物地層、磁性地層以及全樣碳酸鹽的碳-氧同位素年代約束，通過(guò)沉積學(xué)、粘土礦物學(xué)、元素地球化學(xué)以及同位素地球化學(xué)方法，詳細(xì)地揭示了始新世期間中-高緯度地區(qū)（~50-60oS）沉積物源-匯過(guò)程的演化歷史及其對(duì)構(gòu)造活動(dòng)和氣候變化的響應(yīng)。物源分析結(jié)果表明，始新世期間曼達(dá)岬海盆的沉積物來(lái)源發(fā)生過(guò)兩次重大改變（圖2）：早-中始新世階段（52~43 Ma），該盆地的碎屑沉積物主要來(lái)自于澳大利亞西南大陸的中元古代地塊（如阿爾巴尼亞-弗雷澤造山帶）；中始新世后期（43~38 Ma），火山物質(zhì)與上述陸源碎屑物質(zhì)均可進(jìn)入到研究區(qū)；晚始新世階段（38~34 Ma），U1514站位的碎屑沉積物源區(qū)則由澳大利亞西南部的遠(yuǎn)源地塊（如伊爾崗克拉通和阿爾巴尼亞-弗雷澤造山帶）轉(zhuǎn)變?yōu)榻吹貕K（珀斯盆地和露紋雜巖）（圖1）。
研究人員認(rèn)為，自43 Ma開始的澳大利亞和南極大陸的快速分離伴隨著強(qiáng)烈的火山活動(dòng)，這不僅向研究區(qū)直接輸送了大量的火山碎屑物質(zhì)，而且該過(guò)程所釋放的大量溫室氣體CO2還引起了澳大利亞西南部長(zhǎng)達(dá)約五百萬(wàn)年的升溫，進(jìn)而導(dǎo)致了陸表水文循環(huán)及化學(xué)風(fēng)化作用的增強(qiáng)。這一異常溫暖階段是始新世中-晚期全球長(zhǎng)期變冷大趨勢(shì)下的一次非常重要的氣候逆轉(zhuǎn)事件，其持續(xù)時(shí)間（約五百萬(wàn)年）也遠(yuǎn)長(zhǎng)于臨近的極端增暖事件（如中始新世氣候適宜期，其持續(xù)時(shí)間約為五十萬(wàn)年）。38~37 Ma階段，受塔斯曼地區(qū)海底擴(kuò)張開始加速的影響，澳大利亞西南沿岸的海平面急劇下降，致使此處的部分陸架快速出露并遭受到了強(qiáng)烈的物理剝蝕作用，由此形成的碎屑物質(zhì)被大量搬運(yùn)到研究區(qū)中。37~34 Ma期間，受澳大利亞西南大陸區(qū)域性構(gòu)造抬升和全球氣候變冷的影響，陸源區(qū)逐漸干旱，流經(jīng)伊爾崗克拉通的大型古河流系統(tǒng)發(fā)生了改道和重組，從而限制了遠(yuǎn)源地塊的物質(zhì)輸入，而近源地塊的物質(zhì)貢獻(xiàn)則相應(yīng)增加（圖3）。
論文第一作者為中科院海洋所博士研究生王薇，通訊作者為中科院海洋所徐兆凱研究員和自然資源部第一海洋研究所李鐵剛研究員。該研究得到了青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室山東省專項(xiàng)、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室鰲山科技創(chuàng)新計(jì)劃、韓國(guó)國(guó)家研究基金以及國(guó)家公派留學(xué)基金等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
論文信息：Wang, W., Colin, C., Xu, Z.K.*, Lim, D.I., Wan, S.M., Li, T.G.*. Tectonic and climatic controls on sediment transport to the Southeast Indian Ocean during the Eocene: New insights from IODP Site U1514. Global and Planetary Change, 2022, 217: 103956.
https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2022.103956
圖1 U1514站位地理位置分布及澳大利亞構(gòu)造分區(qū)簡(jiǎn)圖
圖2 始新世階段U1514站位沉積物來(lái)源示蹤
圖3 始新世階段U1514站位沉積物典型記錄與全球氣候環(huán)境指標(biāo)對(duì)比
