海院科研动态（154） | Science Advances：极热时代的深海绿洲——晚白垩世北极的大洋环流与生态系统

研究背景

白垩纪典型的“温室”气候一直是地学界关注的焦点之一。不同于现今两极覆盖永久冰盖的“冰室”状态，白垩纪的海洋总体表现出水温极高、海平面处于地质历史高位、大洋缺氧事件（OAEs）频繁爆发的特征。长期以来，科学界普遍认为在晚白垩世的极端温室气候下，北冰洋是一个深层环流停滞、缺乏活力的“表层水主导”边缘海。近日，我院深水沉积过程与资源效应研究团队发表在Science Advances上的研究颠覆了这一传统认知。

研究结果

研究团队对北冰洋的地球物理数据和钻井数据进行了深入剖析，基于层序地层格架构建、沉积体系识别、古海洋生产力重建等方法，在晚白垩世（距今约8000万至6600万年）的地层中发现了大型的底流沉积体系和冷水珊瑚丘（图1）。这些罕见且规模庞大的沉积特征是强劲洋流和高海洋生产力的直接证据，表明当时的北冰洋并非深层环流停滞的死水，而是存在一个源自区域内部的深层水团。

图1  晚白垩世楚科奇海底流沉积体系和冷水珊瑚丘

该研究进一步指出，这种强劲的深层环流可能是由季节性海冰的盐析作用（brine rejection）所驱动（图2）。在大洋缺氧事件3（OAE 3）之后，潮汐混合作用、局部上升流以及富氧的底层水环境，共同维持了这些冷水珊瑚丘的生长。然而，这些沉积特征并未持续发育，在白垩纪末期（K-Pg 灭绝事件），伴随着西部内陆海道（Western Interior Seaway）的关闭以及全球洋流系统的重组，北冰洋这一活跃的大洋循环系统最终走向了终结。

图2 晚白垩世北冰洋大洋环流及季节性海冰分布

研究意义

该研究证明了即使在温室地球时期，北冰洋依然能够形成深层环流，凸显了北冰洋在全球气候调控中不可替代的关键作用。另外，研究成果也为预测未来极端温暖气候下的极地海洋环流演变提供了重要参考。

文章相关信息

我院深水沉积过程与资源效应研究团队刘姗副教授为该论文第一作者，卓海腾副教授为论文共同通讯作者。比利时根特大学等机构的科学家也参与了该项研究工作。该研究得到国家自然科学基金的资助，部分数据解释结果来自国家级大创项目（202410558062； 陈美婷、范海雨、李果、时雨桐）研究成果。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec4895