近日，《科学进展》（Science Advances）在线发表了同济大学海洋地质国家重点实验室易亮及其合作者的研究论文“Plio-Pleistocene deep-sea ventilation in the eastern Pacific and potential linkages with Northern Hemisphere glaciation”。该项研究揭示了南极水团变化在北半球冰盖发育过程中的可能作用。                                       

南极底层水，发源于南极，通常分布于水深通常大于~5000米的大洋深部，是影响全球大洋底层环境变化的关键之一。它不但为大洋底层水体提供了丰富的溶解氧，也在水体中封存了大量CO₂，是全球气候变化的重要调节器之一。然而，对于南极底层水的长期变化及其对全球气候环境的可能影响，认识并不清晰。

东太平洋海床上广泛分布着“多金属结核”，其生长过程与富氧的南极底层水密切相关。此项研究中，研究人员首先针对多金属结核研究中的难点——精确定年问题，创新性地应用磁场显微成像技术，将结核的定年精度提高了两个数量级，为重建南极底层水的变化奠定了基础。

随后，通过5微米间距的元素地球化学扫描，建立了基于Ni、Mn、Cu元素特征的水体演化新指标，提出多金属结核的元素含量变化可以反映南极底层水的历史。该研究进而发现，东太平洋底层海水的含氧量呈现冰期（冷期）增加、间冰期（暖期）减少的特征，与大气CO₂浓度变化相反。这一负相关关系说明南极底层水在冰期（冷期）时可能封存了大量CO₂，进而对全球气候环境变化产生重要影响。

此外，研究人员还识别出7次南极底层水的停滞事件（Ant_c1~c7），并与北半球冰盖发育的关键阶段（M2、NHG onset、MPT、MBE）一一对应。通过分析不同时期底层水停滞的可能机制，该研究推测：南极底层水的停滞可能联合北大西洋深层水的增强，共同为北半球冰盖的阶段性发育提供必要的水汽支持。

近年来，全球变暖与南极冰盖消融引发了南极底层水的减弱。该研究表明，在过去的数百万年中，南极底层水的停滞可能已多次将地球带入了更加严酷的冰期气候。

易亮博士为论文的第一作者，该项研究工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1467