海院科研动态（163）| EPSL：追踪白垩纪至今由增强的底流驱动的深海沉积间断
研究背景
“The deep-sea stratigraphic record is full of gaps.” Dutkiewicz and Müller (2022; Geology)
当海底洋流强度急剧增加时，强劲的水动力会破坏海底的沉积记录，导致地层信息的缺失，形成沉积间断。这种地层中的空白使得传统的沉积学方法在追踪古洋流演化时面临巨大挑战。
海洋中哪些地方能够记录底流增强的信号？除了课题组 2024 年研究海山结壳中磷灰石环带以外，最近的研究发现，增强的洋流会与海山发生相互作用形成能量卸载场，一些自生碳氟磷灰石（CFA）由于平顶海山顶部的地形等特征的影响，会像扬尘一样被洋流搬运到海山顶部保存（图1）。像被筛子淘洗过的自生磷灰石颗粒与沸石、有孔虫砂等共生，能忠实地记录下这些增强的时刻，弥补沉积间断导致的空白。通过预研究，这些自生磷灰石颗粒和碎屑锆石一样，形成于不同的地质时期，若能获得形成年龄的谱图，将有助于我们重构古洋流的演化历史。此外，这些深海磷灰石不仅是记录古海洋环境的绝佳载体，更是极其重要的潜在海洋稀土资源库。
图1 海山洋流相互作用示意图
针对目前地层记录缺失（存在多期沉积间断）和海山顶部颗粒磷灰石的研究不足（80 Ma之前的几乎没有记录）难题，本文选取了西太平洋的平顶海山作为研究靶区。该区域处在全球最古老的洋壳（最老可达约160 Ma）区域内，而且洋流活动复杂，因此很可能保留了长时间尺度的古洋流强化信息（图2）。
图2 样品采集位置及区域海水环境（OMZ为最小含氧带）
研究结果
本文将海山上保存完好、具有自生晶体结构的CFA颗粒挑出进行U-Pb定年和微量元素分析（图3）。为了保证年龄的可靠，每一个年龄都是在同一颗CFA上完成，同时通过逐层剥蚀表明其内部并无年龄分带（图4）。最终成功获得了从早白垩世到晚渐新世（139.3 Ma 至 21.7 Ma）一系列离散的CFA高精度年龄数据，并且发现这些年龄的频率分布和洋流的强弱变化高度吻合（图5）。本文主要取得以下几点突破和进展：
图3 扫描电镜下表层沉积物组分及自生磷灰石微观结构（Ap：磷灰石，Zeo：沸石，Fora：有孔虫，Fe-oxide：铁氧化物，Cal：方解石）
图4 单颗粒磷灰石逐层剥蚀示意图
图5 CFA幕式形成年龄与地层及地球化学指标对比图
1. 弥补历史空白，刷新最长纪录： 本文的发现一举填补了西太平洋海山磷酸盐化历史中 140到80 Ma 这一关键的时间空白，这也是迄今为止文献记录中最为古老且持续时间最长的海山磷酸盐化事件记录（图6）。
图6 自生磷灰石Tera-Wasserburg谐和图
2. 宏观气候驱动，洋流模式增强：在正常情况下，普通的深海洋流由于强度不足，无法将富含磷和钙的深层水运送到陡峭的平顶海山顶部。然而，当全球气候转变引发底层洋流急剧增强并遭遇海山阻挡时，会诱发强烈的局部上升流与湍流混合，将深层的富磷海水大规模输送至海山顶部（靠近最小含氧带，OMZ），刺激初级生产力暴增。（图7）。
图7 海山自生磷灰石形成机制示意图
3. 微观环境诱导，促进磷汇形成：强洋流带来的大量营养盐不仅刺激了初级生产力，海山顶部的特殊微环境也为矿物沉淀提供了极佳的温床。底栖钙质有孔虫壳体的溶解，叠加沸石的催化模板作用，共同触发了磷酸盐在原位的快速结晶，最终孕育出保存完好的自形CFA微颗粒（图8）。
图8 微环境下自生磷灰石与有孔虫壳体和沸石共生（Ap：磷灰石，Zeo：沸石）
研究意义
这为后续探讨洋流-生产力-稀土驱动机制与磷灰石-沸石-稀土耦合机制提供了宝贵的资料。
文章相关信息
上述研究成果近日发表于《Earth and Planetary Science Letters》Hu, J.（胡杰伟）, Li, D.（李登峰）, Chew, D., Poulton, S.W., Dong, Y., Peng, J.（彭锦洲）, Fu, Y.（付宇）, and Sun, X.（孙晓明）, 2026, Tracking Cretaceous to present day deep-sea sedimentary hiatuses driven by intensified bottom-water currents: Earth and Planetary Science Letters, v. 690, p. 120134.
我院博士研究生胡杰伟为该论文的第一作者，我院李登峰教授为通讯作者。
该研究得到国家自然科学基金（42422306、42272066、92262304）等项目资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.120134
