海院科研动态（150）| 末次冰期以来南海中层水演化及其潜在气候影响研究取得新进展

研究背景

南海中层水是南海低氧水团，于南海南部和西部由上升的深层水和下沉的表层水混合而成，随后通过吕宋海峡外流融入北太平洋中层水（图1）。南海中层水的运动模式与地中海溢出流相类似，但南海中层水是否具有与地中海溢出流调控北大西洋经向翻转环流强度相类似的功能尚不清楚。此外，对于南海中层水冰期–间冰期的演化特征及其差异的认知仍然匮乏。针对以上科学问题，深水沉积过程与资源效应团队以南海北部陆坡751米水深获取的柱状沉积物为研究样品（图1），结合有孔虫定年、沉积物粒度、TOC、氧化还原敏感元素和古生物遗迹特征的多指标综合研究方法，重建南海中层水末次冰期以来相对流速和氧化还原性质变化历史，初步厘清该水团冰期–间冰期海平面变化背景下的演化格局，旨在建立进一步研究的基础理论框架。

图1 现今南海温盐环流格局及本研究所使用的岩芯位置（S17站位，751 m水深）

研究结果

通过氧化还原敏感元素、古生物遗迹种属及其分布、陆源碎屑矿物含量及TOC含量变化的综合分析（图2），本研究克服了高陆源碎屑供给背景下氧化还原元素指标的局限性，重建了可靠的南海中层水末次冰期以来氧化还原性质变化历史。另外，以可分选性粉砂平均粒径为水团流速的代用指标，重建了南海中层水的流速变化历史。结果显示，冰期南海中层水表现为相对高流速、高含氧量特征，全新世则转为相对低流速、低含氧量特征。通过对比南海表层和深层水的变化历史及其潜在的控制机制，本研究认为，冰期时海平面下降在不同程度上阻断南海表层水从卡里马塔海峡（< 37 m）、台湾海峡（< 50 m）和巴拉巴克海峡（~100 m）外流，进而迫使富氧、高盐、温暖的南海表层水下沉，表层水对中层水的贡献增加有效增强了中层水的通风强度（图3和4）。该过程使冰期时的南海中层水相较于间冰期具有更高的温度、盐度、流速和含氧量，也可能增加了南海中层水的外流通量。

图2 S17站位柱状沉积物沉积特征与古生物遗迹分布

结合前人发表的末次冰期以来北太平洋中层水性质在冲绳海槽和琉球陆坡东侧的数据资料，本研究在有限可对比数据背景下开展对比分析。对比结果显示，海因里希1期和新仙女木期北太平洋中层水在这两个区域的性质表现为升温趋势，与其源区（亚北极地区）的降温趋势存在差异。本研究认为，该时期温暖、高盐的南海中层水通过吕宋海峡外流混入北太平洋中层水可能使其温度升高，进而使北太平洋中层水在琉球陆坡东侧的性质与源区出现差异。然而，南海中层水在海因里希1期和新仙女木期对北太平洋中层水的影响是否扩大到北太平洋的中深层水团层化强度进而影响深部二氧化碳的释放仍待后续进一步研究。

图3 南海中层水氧化还原性质和流速变化与潜在驱动因素对比

图4 冰期低海平面背景下南海中层水通风增强模式图

文章相关信息

    以上研究成果以“Sea-level-driven strait closures enhance South China Sea Intermediate Water ventilation with impacts on North Pacific”为题发表于Nature旗下期刊《Communications Earth & Environment》（中科院大类一区TOP）。

研究团队及资助

本论文第一作者为我院罗坤文博士后，我院苏明教授为通讯作者。深水沉积过程与资源效应团队王策副教授、刘姗副教授、雷亚平老师和黄志麟（Zhi Lin Ng）博士后为本文共同作者。

研究得到南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）青年人才和创新团队项目、中央高校基本科研业务费项目以及国家自然科学基金面上项目的联合资助。

全文链接：https://doi.org/10.1038/s43247-025-03039-w