2019年4月，国际著名地学刊物《地球与行星科学通信》（Earth and Planetary Science Letters, EPSL）以“Divergent Mediterranean seawater circulation during Holocene sapropel formation – Reconstructed using Nd isotopes in fish debris and foraminifera”为题发表了我院吴家望博士的研究成果。
图1. 地中海腐泥层S1时期海水Nd同位素特征与现代海水实测数据的对比
现代地中海具有一个活跃的环流系统，与全球大洋的温盐环流非常类似，并且对气候变化非常敏感，例如上世纪90 年代曾观测到东地中海深层水位置的改变。研究已表明地中海环流可以影响、甚至改变大西洋经向翻转流系统的气候态。这一敏感性尤其体现在呈天文韵律反复出现、富有机质的腐泥层沉积。其最早可追溯到1350 万年前，更频繁地出现在东地中海，只形成于岁差周期的极小值。在该时期，由于太阳辐射量的季节差异和非洲季风降雨的增强，经河流输入的大量淡水和营养物质会造成地中海水体的密度分层和初级生产力的升高，导致深层水体逐渐停滞以及腐泥层的形成。然而，其中古气候和古海洋过程之间的复杂相互作用仍极具争议。
针对最年轻的、也是唯一可作14C精确定年的全新世腐泥层S1，吴家望及其合作者首次在盆地尺度上恢复了腐泥层形成期地中海海水Nd同位素的特征与变化。利用鱼牙/鱼骸、有孔虫、沉积物淋滤液的Nd同位素作为古海水的示踪指标，该研究的结果表明在约800 米以深，东地中海的水体基本是停滞的，且持续于整个腐泥层S1 时期（图1）。这种停滞状况很可能发育于腐泥层S1的形成之前约2000年，而其上层水体的通风与S1 的结束时间基本同步。模拟的结果显示，东、西地中海的水体交换在S1 时减少至现代值的50%，对应于尼罗河输入量2–3倍的增长（图2）。在此期间，东地中海的中层水减少，深层水则很可能停止形成，但西地中海的环流仍运行如常。关于东、西地中海环流特征的差异表明：深水停滞很可能是腐泥层形成的先决条件。
图2. 基于Nd的箱式模型结果显示腐泥层S1时期东、西地中海水体交换减弱50%
该文章的第一作者和通讯作者为我院博士后吴家望。研究获得国家自然科学基金（41806064）、中国博士后科学基金（2018M640418）、以及欧盟科学基金ERC、CNR、NWO（MAST1-90022C、MAS2-CT93-0051、MAS3-CT97-0137）等项目的资助。在研期间，吴家望本人受国家留学基金委（CSC201206260116）、荷兰乌特勒支大学地球科学系（USES146）、同济大学国际交流引进计划等支持。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2019.01.036