近日，國際地學刊物《全球和行星變化》（Global and Planetary Change，TOP 5%）發表了中科院海洋所常鳳鳴研究組與法國巴黎-薩克雷大學、韓國海洋科學技術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”。
該研究基于多學科交叉和多圈層耦合，在國際上首次系統揭示了始新世期間東南印度洋曼達岬海盆沉積物源-匯過程的連續性演化歷史及其對南半球中-高緯度地區構造活動和氣候變化的響應，這對深入理解溫室效應背景下地球氣候系統的演變過程及其成因機制具有重要價值。
近年來，國際上深海地質研究領域最為前沿的合作計劃——國際大洋發現計劃（IODP）將地球氣候系統和板塊構造活動列為其七大戰略目標中的關鍵組成部分，更加注重地球的宜居性及全球氣候環境變化等與人類社會發展密切相關的前沿科學問題。特別是在當前全球氣候變暖的背景下，深入研究關鍵地質歷史時期的古氣候環境演變過程及其成因機制，進而獲取當前及未來氣候變化的“近似型”，對于人類更好地預測氣候變化的趨勢以及科學地應對全球變暖等系列危機具有非常重要的借鑒意義。
始新世是地球氣候系統由“暖室期”向“冷室期”轉變的過渡期，也是全球板塊重組的關鍵階段，從而被認為是顯生宙以來最接近未來氣候變化預測值的“近似型”，因此是研究溫室效應條件下地球系統各圈層相互作用的典范。然而，在對當時氣候環境和構造活動的變化異常敏感的東南印度洋中-高緯度地區，迄今為止科研界仍缺少始新世階段該區域的連續性沉積記錄。2017年在東南印度洋中實施鉆探的IODP 369航次，在澳大利亞西南岸外的曼達岬海盆獲取了U1514站位的高質量長巖芯沉積物（圖1），進而為填補始新世時期東南印度洋中關鍵海區沉積記錄的空白提供了極佳的載體和契機。
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，通過沉積學、粘土礦物學、元素地球化學以及同位素地球化學方法，詳細地揭示了始新世期間中-高緯度地區（~50-60oS）沉積物源-匯過程的演化歷史及其對構造活動和氣候變化的響應。物源分析結果表明，始新世期間曼達岬海盆的沉積物來源發生過兩次重大改變（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），火山物質與上述陸源碎屑物質均可進入到研究區；晚始新世階段（38~34 Ma），U1514站位的碎屑沉積物源區則由澳大利亞西南部的遠源地塊（如伊爾崗克拉通和阿爾巴尼亞-弗雷澤造山帶）轉變為近源地塊（珀斯盆地和露紋雜巖）（圖1）。
研究人員認為，自43 Ma開始的澳大利亞和南極大陸的快速分離伴隨著強烈的火山活動，這不僅向研究區直接輸送了大量的火山碎屑物質，而且該過程所釋放的大量溫室氣體CO2還引起了澳大利亞西南部長達約五百萬年的升溫，進而導致了陸表水文循環及化學風化作用的增強。這一異常溫暖階段是始新世中-晚期全球長期變冷大趨勢下的一次非常重要的氣候逆轉事件，其持續時間（約五百萬年）也遠長于臨近的極端增暖事件（如中始新世氣候適宜期，其持續時間約為五十萬年）。38~37 Ma階段，受塔斯曼地區海底擴張開始加速的影響，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烈的物理剝蝕作用，由此形成的碎屑物質被大量搬運到研究區中。37~34 Ma期間，受澳大利亞西南大陸區域性構造抬升和全球氣候變冷的影響，陸源區逐漸干旱，流經伊爾崗克拉通的大型古河流系統發生了改道和重組，從而限制了遠源地塊的物質輸入，而近源地塊的物質貢獻則相應增加（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與技術試點國家實驗室山東省專項、中科院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金、青島海洋科學與技術試點國家實驗室鰲山科技創新計劃、韓國國家研究基金以及國家公派留學基金等項目聯合資助。
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造分區簡圖
圖2 始新世階段U1514站位沉積物來源示蹤
圖3 始新世階段U1514站位沉積物典型記錄與全球氣候環境指標對比
