近日，中國科學院海洋研究所古海洋與古環境研究組在國際地學期刊Global  and Planetary Change（《全球和行星變化》）發表了題為“Coupled forcing of long  eccentricity and silicate weathering on the carbonate dissolution in  Southern Ocean during the late  Eocene”的研究論文，綜合利用高分辨率地球化學代用指標記錄和地球系統碳循環模型數值模擬，系統重建了晚始新世暖期階段（約39~35  Ma）南大洋地區碳循環的動態演化歷史，進而揭示了軌道驅動與地表硅酸鹽風化作用反饋對上述過程的耦合調控作用。

晚始新世是地球歷史上典型的溫室氣候階段，期間多次發生過全球性的海底碳酸鹽補償深度（CCD）快速變淺和碳酸鹽溶解事件。然而，迄今為止在上述大規模且節律性明顯的碳循環擾動過程及其驅動機制方面仍存在著頗多爭議，特別是缺少對古環境變化異常敏感的中－高緯度地區的高質量沉積記錄。

研究團隊基于國際大洋發現計劃（IODP）369航次在南大洋U1514站位（其古緯度為53~54°S；圖1）獲得的沉積連續且高時間分辨率的碳酸鹽記錄發現：晚始新世暖期時（約37.5~36.5   Ma）呈現出明顯的貧碳酸鹽沉積特征（圖2），表明期間南大洋曾發生過強烈的深海碳酸鹽溶解過程。當時的地表水文循環與物理剝蝕作用顯著加劇，并伴隨著陸表風化作用模式的變遷——由一致性風化（對應著粘土的溶解）轉向不一致性風化（對應著粘土的形成；圖3）。

結合地球系統碳循環模型模擬的研究結果進一步表明：晚始新世暖期階段（約37.5~36.5   Ma）南大洋中三次碳酸鹽溶解過程的高潮均和長偏心率極大值所對應的氣候暖期同步出現，即長偏心率周期強迫在軌道時間尺度上對全球CCD的節律性波動發揮著至關重要的調控作用（圖2）。而在更長的構造時間尺度上，晚始新世暖期階段（約37.5~36.5   Ma）持續增強的陸表粘土形成過程有效地固定了深海碳酸鹽形成所需要的鈣與鎂陽離子（圖3），其和軌道信號的疊加作用，最終導致了長達約一百萬年的CCD持續變淺與全球性碳酸鹽溶解過程。上述發現揭示了晚始新世地球系統碳循環失衡和海洋酸化事件的成因機制，凸顯了軌道強迫與地表硅酸鹽風化作用反饋在調控當時全球碳循環過程中的關鍵作用，也為科學地應對當前以及未來全球變暖背景下的海洋酸化潛在危機提供了重要啟示。

圖1 （a）現在和（b）晚始新世時（~37.0 Ma）U1514站位地理位置

圖2 晚始新世研究區地球化學代用指標記錄與地球系統模型模擬結果間對比

圖3 晚始新世研究區碳酸鹽溶解過程的潛在驅動機制

論文第一作者為中國科學院海洋研究所范慶超博士研究生，通訊作者為中國科學院海洋研究所徐兆凱研究員和德國美因茨大學Philip  Pogge von  Strandmann教授，主要合作者包括自然資源部第一海洋研究所李鐵剛研究員、廣州海洋地質調查局陳紅瑾博士、同濟大學王薇博士與青島海洋地質研究所孫天琪博士。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和中國科學院戰略性先導科技專項（B類）等的聯合資助。

論文信息：

Qingchao  Fan, Zhaokai Xu*, Philip A.E. Pogge von Strandmann*, Hongjin Chen, Wei  Wang, Tianqi Sun, Tiegang Li, 2025. Coupled forcing of long eccentricity  and silicate weathering on the carbonate dissolution in Southern Ocean  during the late Eocene. Global and Planetary Change, 255, 105056.  https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2025.105056.