本站讯 近日，中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室姜兆霞教授团队在Nature（《自然》）旗下期刊Communications Earth & Environment（《通讯·地球与环境》）在线发表了题为“Equatorial Indian Ocean productivity over the last 200,000 years and links to deep circulation variations”（过去20万年赤道印度洋生物生产力演化及其与深海环流的关系）的研究成果。
图1 CJ02-01岩心位置与赤道印度洋大洋环流示意图
海洋环流和生物泵是调控第四纪冰期-间冰期大气二氧化碳（CO2）浓度变化的重要过程。深海是全球最大的碳储库，深层水体与表层海洋之间的交换不仅能够调节营养盐向上输送及海洋生产力，还可能影响深部碳向大气的释放。赤道印度洋位于全球大洋环流的中段，接收来自南大洋的深层水，并通过上升和混合过程参与全球海洋物质和能量交换（图1）。然而，与南大洋、北太平洋等区域相比，赤道印度洋高质量连续记录较为匮乏，深层环流如何影响上层营养盐供给和生产力变化，仍有待深入研究。
图2 CJ02-01岩心过去20万年以来化石磁小体丰度记录、生产力、区域表层风应力、风尘输入与深层环流强度的变化特征
针对这一问题，姜兆霞教授团队选取赤道西印度洋中印度洋脊东侧、水深3580m的CJ02-01岩心（图1），开展了系统的环境磁学、岩石磁学和地球化学研究。研究以趋磁细菌生物矿化形成并在沉积物中保存的纳米级化石磁小体（magnetofossils）为重要研究载体，识别并定量评估其丰度变化。化石磁小体丰度在温暖时期总体较高，而在寒冷时期较低，并与碳酸盐（CaCO3）和沉积物氮同位素（δ¹⁵N）等独立生产力指标具有良好的一致性（图2），表明化石磁小体丰度能够有效反映该区域长期生物生产力变化。
基于此，研究团队进一步从区域表层风场、外源铁输入和深海环流三个方面分析了赤道印度洋生产力变化的可能控制机制。对比发现，CJ02-01记录的生产力变化并不能用区域表层赤道西风增强所驱动的上层海洋垂向混合来解释（图2h）。此外，化石磁小体丰度与风尘赤铁矿指标（Hard isothermal remanent magnetization，HIRM）呈负相关（图2g），阿拉伯半岛风尘输入在冰期增强，说明“风尘铁肥”效应对该区域冰期-间冰期生产力变化模式的调控有限。相反，化石磁小体丰度和其他生产力记录与印度洋深层水团变化具有较好的一致性（图2f），表明盆地尺度深海环流可能是调节赤道印度洋生产力变化的主导机制。
图3 赤道印度洋生产力与深海环流耦合机制模式图：（a）冰期；（b）间冰期
基于自生Nd（钕）同位素（εNd）的半定量水团比例估算表明，赤道印度洋深层环流变化主要与南大洋向北输送的南极底层水（Antarctic Bottom Water，AABW）密切相关。在冰期，南极底层水向印度洋深海盆地扩张，增强了深层海洋的垂向分层，对深部富营养水体向上输送形成物理阻隔，从而削弱向表层输送的营养盐供给并降低赤道印度洋生物生产力。与此同时，较强的深海分层和较弱的深-表层交换也有利于深海中碳的储存，抑制深海二氧化碳向大气释放（图3a）。而在温暖的间冰期，南极底层水影响减弱，赤道印度洋水体分层降低，深层与表层海洋之间的物质交换增强。深部富营养水体更容易向上输送至真光层，促进表层生物生产力和向海底的有机碳输出。增强的深-表层交换也可能使此前储存在深海中的二氧化碳更容易释放至海洋表层并进一步进入大气（图3b）。该研究为理解更新世冰期-间冰期海洋碳储库变化以及南大洋-印度洋之间的跨纬度气候联系提供了新的沉积学和环境磁学证据。
该成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室姜兆霞教授团队及国内外合作者共同完成。周良博士后为论文第一作者，姜兆霞教授为论文通讯作者。合作者包括中国海洋大学李三忠教授、西班牙纳瓦拉公立大学Juan C. Larrasoaña教授、澳大利亚国立大学Andrew P. Roberts教授以及南方科技大学刘青松讲席教授等。本研究得到国家自然科学基金、山东省优秀青年基金、泰山学者项目以及中央高校基础科研业务费专项资金等项目资助。
文章链接：https://doi.org/10.1038/s43247-026-03937-7
编辑：赵奚赟
责任编辑：刘莅
