2018年8月1日，国际知名地学杂志《Earth and Planetary Science Letters》以“Paleoceanography of the east equatorial Pacific over the past 16 Myr and Pacific–Atlantic comparison: High resolution benthic foraminiferal δ18O and δ13C records at IODP Site U1337”为题在线发表了我院田军教授团队的研究成果。
大洋海水的氧稳定同位素(δ18O)记录了全球冰量和海水的温盐变化，而大洋海水的碳稳定同位素(δ13C)记录了大洋溶解无机碳的碳稳定同位素。自3400万年前南极冰盖初现，大洋海水的δ18O持续变重，指示两极冰盖逐渐形成、全球持续变冷的大趋势，记录了全球冰量的波动或海平面变化；而大洋的δ13C则呈现持续偏负的特征，反映大洋碳储库或碳循环的变化。深海沉积物中底栖有孔虫壳体的δ18O和δ13C忠实记录了大洋海水的δ18O和δ13C，反映了地球气候系统中水循环和碳循环的变化特征。然而，受诸多因素的影响，从单一钻孔重建的高分辨率(<5千年)、跨度超过6 百万年的底栖有孔虫δ18O和δ13C的连续记录非常少，在太平洋，跨度超过1千万年的记录则缺失。
本次研究从2009年IODP第321航次开始，历时9年，重建了东赤道太平洋IODPU1337站、也是太平洋的第一条1600万年以来、高分辨率(4千年)、连续的底栖有孔虫δ18O和δ13C记录，并依靠δ18O建立了1600万年以来轨道尺度上天文调谐的年代标尺，可供全球深海沉积地层进行年龄对照（图1）。本次研究发现了晚新生代大洋碳储库变化的一个重要规律，即中新世以来构造尺度上全球大洋的碳稳定同位素负偏发生在中中新世(图1)，由中中新世大洋碳负偏(MMCS, Middle Miocene Carbon Shift, 13.711–12.004 Ma)和晚中新世大洋碳负偏(LMCS, Late Miocene Carbon Shift, 7.659–6.609 Ma)两个事件组成。田军团队的研究表明，两次中新世大洋海水δ13C合计约1‰的负偏主要由大陆风化作用的强弱变化引起，大洋环流变化也发挥了一定的作用。通过对比东赤道太平洋和大西洋底栖有孔虫的d13C记录，本次研究发现巴拿马海道在12.1-9.2 Ma期间发生了一次重要的构造变化，引起大西洋和太平洋的深层洋流变化。由于U1337站1600万年以来高分辨率的底栖有孔虫δ18O和δ13C来自同一钻孔，田军团队首次探讨了中新世以来全球冰盖变化和碳循环变化在轨道周期上的相互关系，发现10万年和40万年长偏心率周期是全球冰量和大洋碳储库变化的主导周期，而且两者在此周期上高度相关，反映偏心率对地表气候变化的主导控制作用。
本文第一作者和通讯作者为田军教授。该项研究得到国家自然科学基金项目(NSFC Grant Nos. 41525020, 91428310, 41776051)、上海市人才发展基金(201336)、上海市优秀学术带头人计划(A type) (16XD1403000)资助.
图1、赤道东太平洋IODP U1337站底栖有孔虫d18O、d13C记录（0-16 Ma）
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X1830431X