海院科研动态（182）|IODP397航次研究结果揭示伊比利亚边缘25万年以来的陆源物质输入变化

近日，我院海洋同位素地球化学团队在国际权威学术期刊《Paleoceanography and Paleoclimatology》发表题为Tracking variability in atmospheric,oceanic,and riverine inputs to the Iberian Margin over the last 250 kyr的研究论文。该研究依托国际大洋发现计划（IODP）397航次U1588站位，综合粘土矿物、粒度数据与端元模拟分析，系统解析伊比利亚边缘陆源物质输入特征，识别地中海溢出流主导的等深流沉积搬运效应，揭示非洲风尘输入的岁差周期变化，进而探讨赤道辐合带（ITCZ）的潜在迁移过程。

研究背景

东北大西洋伊比利亚边缘保存大量可用于全球气候对比的高分辨率海洋沉积记录（图1），是古海洋与古气候学界开展千年至轨道尺度演变研究的重要参考。但目前学界对该区域陆源碎屑物源与传输机制这一基础科学问题认识仍不清楚，主要存在三方面瓶颈：（1）伊比利亚边缘陆源输入类型多、过程复杂；（2）区域洋流对碎屑物质的搬运再分配机制尚不明确；（3）多数研究仅覆盖末次冰盛期，缺少长时间序列记录来解析背后的气候驱动过程。

图1.a)伊比利亚边缘现代粘土矿物分布、主要河流输入及洋流路径。伊比利亚河流主要向伊比利亚边缘输入蒙脱石、伊利石和少量的高岭石。绿泥石主要来源于摩洛哥沿岸河流及地中海。在伊比利亚半岛的主要河流中，Guadalquivir河是最大的沉积物输入源；虽然Tagus河径流量较大，但其向海洋输送的沉积物较少。b)北非主要风尘源区及其粘土组合特征。北非主要风尘源区包括撒哈拉北部风尘和撒哈拉南部的萨赫勒风尘；其中撒哈拉北部风尘具有较高的伊利石和坡缕石含量，而萨赫勒风尘具有较高的高岭石含量。

研究结果

针对上述科学问题，团队选取IODP 397航次U1588站位沉积物岩芯样品（图1），创新性整合粘土矿物、沉积物粒度测试与端元模拟手段（图2、图3），识别出研究区三类主要陆源物源（图3、图4）。

（I）细粒的伊比利亚河流输入，富集蒙脱石（~61%），高岭石（~7%）、绿泥石含量较低（~7%）。

（II）非洲风尘输入，可进一步划分为两个子物源端元：（IIA）撒哈拉风尘输入，富集伊利石（~49%），蒙脱石和高岭石含量较低，颗粒大小约为8 μm；（IIB）南撒哈拉/萨赫勒风尘输入，具有最高的高岭石占比（~22%）。据估算，非洲风尘约占该区域沉积物贡献的30–70%。

（III）地中海溢出流的搬运效应。以往研究多将蒙脱石作为地中海溢出流的示踪矿物，而本研究提出绿泥石更适宜作为该洋流的特征示踪矿物。首先，蒙脱石主要来自河流输入，广泛沉积于伊比利亚边缘，具有显著区域背景信号（图1）。其次，除北非Sebou河与地中海之外，研究区缺少其他绿泥石物源；绿泥石含量沿地中海溢出流运移路径逐步降低，指示物质在搬运途中持续沉降（图1、图4）。第三，绿泥石对应的粘土矿物端元、指示地中海溢出流的粒度端元，以及可分选粉砂平均粒径三者演化趋势高度协同，证明绿泥石及对应端元能够有效示踪地中海溢出流强弱变化（图3）。

图2.U1588站位粘土矿物数据端元模拟结果。a）各粘土矿物组分占比。b）各端元模型的相关系数。c）各端元模型对各个粘土矿物组分的解释程度，四端元模型相较三端元模型对高岭石具有更高的解释度。d）各端元的粘土矿物组分占比。

图3.U1588站位粘土矿物端元模型和粒度端元模型的联系。a）粘土端元1（黑色）、蒙脱石（蓝色）和粒度端元1（灰色）呈现相似的演化趋势，共同指示伊比利亚河流输入。b）粘土端元2（黑色）、伊利石含量（黄色）和粒度端元2（灰色）c呈现相似的演化趋势，共同指示北非撒哈拉北部风尘，这也是伊比利亚边缘的主要风尘源区。c）粘土端元3（黑色）、绿泥石含量（绿色）、粒度端元3和可分选性粉砂的平均粒径呈现相似的演化趋势，反映了地中海溢出流对细粒的粘土组分和粗粒组分均具有搬运作用。d）粘土端元4（黑色）和高岭石含量（红色）呈现相似的演化趋势，指示了来自萨赫勒（撒哈拉南部）地区的额外风尘输入。

图4.U1588站位及粘土矿物物源三角图。a）高岭石-蒙脱石-伊利石三角图。由于差异沉降作用，高岭石在地中海溢出流的下支流中更为富集。蒙脱石的广泛分布及各站位数据向蒙脱石端元（EM1）的倾向体现了由地中海溢出流调控的沉积过程。b）蒙脱石-绿泥石-伊利石三角图。由于伊比利亚边缘无明显的绿泥石输入，绿泥石含量沿着地中海溢出流的传输路径逐步减少。

研究还发现，倒数第二个冰期旋回期间，U1588站位伊利石/高岭石比值整体偏高，岁差周期信号更为突出；与此同时伊利石结晶度、化学指数明显下降，反映风尘源区化学风化作用增强。上述证据指示北非风尘物源向南迁移，据此进一步提出：过去两个冰期旋回中ITCZ存在迁移扩张过程（图5、图6）。该成果初步揭示伊比利亚边缘陆源物源轨道尺度演化特征，同时提出若干可供后续检验的科学假说，未来还需结合同位素地球化学手段与更多站位沉积记录开展验证与完善。

图5.U1588站位风尘相关矿物指标的频谱及小波分析结果。a）高岭石含量；b）伊利石/高岭石；c）绿泥石/高岭石。其中伊利石/高岭石和绿泥石/高岭石具有明显的岁差周期，它们分别指示了北非风尘和地中海溢出流的调控作用。

图6.U1588站位过去两个冰期旋回的粘土矿物学记录。a）蒙脱石/高岭石和绿泥石/高岭石比值。b）U1588站位（粉色）和地中海MD90-912站位（黄色）的伊利石/高岭石比值。伊利石/高岭石比值具有明显的岁差周期。并且，伊利石/高岭石比值自~100 ka以来系统性下降，该趋势与地中海MD90-912站位相似，指示了上一个冰期旋回中撒哈拉北部风尘相对贡献的降低。c）伊利石含量。d）伊利石结晶度（紫色）和伊利石化学指数（粉色）。上个冰期旋回中伊利石含量降低，伊利石结晶度和化学指数的升高表明该时期风尘源区化学风化作用的增强。

文章相关信息

本文第一作者为我院博士研究生陈新阳，我院吴家望副教授为通讯作者。合作者还包括：武力（广东海洋大学）、刘志飞（同济大学）、罗一鸣（中山大学）、Carlos A.Alvarez Zarikian（美国德州农工大学）、Stefanie KabothBahr（德国柏林自由大学）、朱方敬诚（英国南安普顿大学）、宣闯（英国南安普顿大学）、Paul A.Wilson（英国南安普顿大学）、Christophe Colin（法国巴黎萨克雷大学）、高国辉（法国巴黎萨克雷大学）、庞晓雷（中国地质大学（北京））、于际民（崂山实验室）、Celeste T.Pallone（美国麻省理工大学）、Jerry F.McManus（美国哥伦比亚大学拉蒙特多尔蒂地球观测所）、Fatima F.G.Abrantes（葡萄牙海洋与大气研究所）、David A.Hodell（英国剑桥大学）。

本研究承国际大洋发现计划（IODP）提供研究样品与数据支持，并得到国家自然科学基金（项目号：42276051、42330403、42306085、W2511037）、广东省基础与应用基础研究基金（项目号：2023A1515030293）资助。

文章引用及链接：Chen,X.,Wu,J.,Wu,L.,Liu,Z.,Luo,Y.,Alvarez Zarikian,C.A.,et al.(2026).Tracking variability in atmospheric,oceanic,and riverine inputs to the Iberian Margin over the last 250 kyr.Paleoceanography and Paleoclimatology,41,e2026PA005431.https://doi.org/10.1029/2026PA005431