2020年5月29日，国际知名地学杂志《Quaternary Science Reviews》在线发表了我院党皓文副研究员和吴家望博士等的研究成果：“Orbital and sea-level changes regulate the iron-associated sediment supplies from Papua New Guinea to the equatorial Pacific”。
陆地来源的含铁沉积物输入到大洋中，可以为海洋浮游植物提供关键的、海水中相对欠缺的铁元素。陆地干旱带粉尘借由风的力量向海洋输送，往往被认为是最重要的海洋铁来源。然而，赤道太平洋，远离各个大陆的中—高纬度干旱带，其区域风系也不能提供风尘输入的动力。因此，经由降雨、河流和海流所输送的近源热带岛屿风化产物，，就成为赤道太平洋最关键的铁供给。前人研究已经初步提出位于赤道西太平洋的巴布亚新几内亚岛，是赤道太平洋主要的铁供给来源。党皓文和吴家望等的研究，则进一步阐述了晚第四纪轨道尺度气候和海洋过程的调控下，巴布亚新几内亚近岸到赤道西太远洋的陆源含铁物质的输送动力机制。该研究主要收集了2008年由“科学一号”KX08-973航次采集的沉积物柱状样品，以及周边陆地和海域的文献资料，探讨了以下三个关键科学问题：
图1. 巴布亚新几内亚供应了赤道太平洋主要的陆源沉积物。
一，通过分析现代沉积的粘土矿物、元素组成等特征，总结识别出了巴布亚新几内亚北部来源沉积物以基性火成岩母岩风化产物、特别是富铁蒙脱石为主要特征；而这些物质——经由区域洋流系统搬运——是输送往赤道太平洋的最主要陆源沉积物（图1）。另外，通过对比这些沉积物岩芯14C测年、有孔虫氧同位素和沉积物钙含量，为它们建立了统一的年龄框架。
图2. 翁通-爪哇海台与巴布亚新几内亚岸外的陆源沉积物组分演变。
二，通过对比巴布亚新几内亚北部岸外的沉积记录，基于沉积速率、沉积组分以及轨道周期等特征，发现两种不同沉积模式：（1）位于海沟靠陆地一侧的“近岸”站位，以极高的沉积速率（70-90 厘米/千年）、极低的碳酸钙组分为特征，兼有岁差、斜率和~10万年周期；（2）位于海沟向大洋一侧的“陆架外”站位，以相对较低的沉积速率（2-8 厘米/千年）、较丰富的碳酸钙为特征，且轨道周期变化由岁差主导。深入分析可得，岁差周期主导了巴布亚新几内亚区域的降雨变化，从而造就了“近岸”和“陆架外”站位一致的沉积物组分岁差变化；而海平面变动导致河口和低地的地形变化，引发了近岸站位的沉积动力演变，从而只被记录为“近岸”站位的斜率和~10万年周期变化；此外，斜率周期通过调节不同纬度之间的热量平衡，也可以参与影响巴布亚新几内亚区域降雨的轨道尺度演变（图2）。
三，赤道西太平洋翁通—爪哇海台陆源沉积组分，显示出由~10万年周期主导的特征（图2）。然而其成因，绝非巴布亚新几内亚“近岸”站位的同一周期所反映的河口动力。推理很简单：河口低地受海平面调控的沉积动力信号，显然无法影响到很邻近的“陆架外”站位，因而更无法影响到远洋的翁通—爪哇海台。该研究通过分析对比巴布亚新几内亚南部和北部的差异等诸多因素，最后提出，由于海平面的~10万年周期变化，巴布亚新几内亚北部岸外的沿岸海流也相应发生变化，控制着这些陆源沉积物向开阔大洋传输。
最后，该研究主要关注陆源含铁物质向海输送，重在揭示其陆地来源受水文气候主导的变化特征、以及由陆向海和在海洋内的传输动力。虽然也简要讨论了巴布亚新几内亚来源的铁，所蕴含的潜在海洋生物地球化学意义，但重在启发与海洋生产力、碳—氮循环等研究的相互联系（图3）。
图3. 巴布亚新几内亚的陆源沉积物的岁差周期变化，及其与西太平洋海水氮同位素记录的对比。
该项研究由我院党皓文副研究员和吴家望博士（共同第一、共同通讯作者）及乔培军、翦知湣教授，以及自然资源部第一海洋研究所熊志方研究员和李铁刚研究员等合作完成。相关材料和工作，最早由2007-2011年执行的《国家重点基础研究发展规划》（973）项目“大洋碳循环与气候热带驱动”（2007CB851900）支持科考航次及航次后研究，近年由国家自然科学基金委员会（项目号41606049，41806064, 41630965, 91958208, 91858106）、科技部重点研发项目（2018YFE0202401）、国家科研院所基础科学基金（2019S04，2017Y07）等共同资助。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277379120303231
撰稿：党皓文
编辑：高小丰