《Nature Geoscience》发表IODP 342航次最新研究成果

古近纪（6500万~2300万年前）是地球气候系统演化的重要时期。在大约3400万年前即著名的始新世－渐新世转折期，经过之前的全球缓慢降温，永久陆地冰川开始在南极洲形成（北半球格陵兰冰川直到300万年前才形成）。大约同一时间，环南极洋流通道由于板块构造运动也开始打通，大致形成了现代意义上的海陆分布、海洋环流系统以及海洋水体结构。海洋环流系统中，AMOC表现为海洋表层环流由南半球穿过赤道流向北半球而海洋底层环流流回南半球，这在现代气候突变事件中起着重要作用，包括亚洲季风环流变化都认为与此密切相关。因此AMOC的变化机制和预测是当今海洋学和气候变化研究的热点问题。

迄今为止，对于北半球（北大西洋深层水的形成）还是南半球（环南极上升流的形成）控制AMOC还存在较大争议。目前早期AMOC的演化历史也并不清楚。而在始新世－渐新世转折期，由于南极冰川和环南极洋流通道刚开始形成，这为研究南半球在翻转环流中的作用提供了一个理想的检验场所。研究人员已经猜测到南极冰川和环南极洋流通道的形成会引起早期AMOC增强，近年来北冰洋和北大西洋通道的关闭也被认为会影响翻转环流的演化。然而，由于底部洋流的冲刷作用，此关键时段的海洋沉积物在北大西洋很少被保存下来，因而多数假说有待检验。有限的古气候记录很难达到一致性的结论，目前两种观点并存：一种认为现代意义上的AMOC起始于晚始新世时期并对南极冰盖形成有一定贡献，而另一种认为起始于南极冰盖形成之后。

这项研究分析了国际大洋钻探2012年在加拿大纽芬兰海域获取的200米海洋沉积物（IODP U1404， 图1），首次利用生物标志物甘油二烷基甘油四醚（GDGTs）及其碳同位素重建了北大西洋深部水体长达2500万年（4300 万年前到1800万年前）期间的含氧量记录，并包含了3400万年前始新世－渐新世转折期的关键信息（图2）。这项研究基于近年来对GDGTs指标认识的提高，创造性地将其运用于早期AMOC重建。记录首次显示在始新世时期北大西洋深层水体的形成是逐渐减弱的，推断与区域表层温度降低有关。这种减弱趋势在始新世－渐新世转折期开始反转，并在3000万年前达到较稳定状态。结合此前发现的南北半球海表温度在转折期的差异性演化，推测现代意义上的AMOC起始于始新世－渐新世转折期。文章同时讨论了基于其他指标的环流记录也可以统一在此框架下解释。这项结果揭示了早期AMOC的形成与南极冰盖的发育存在密切联系，支持了海洋内部海水混合与风驱动的南极上升流的共同作用是维持现代AMOC强度的关键。