科學家在日本海氧化還原環境演化方面獲新進展

科學家在日本海氧化還原環境演化方面獲新進展

 研究站位及日本海氣候和洋流格局示意圖  海洋所供圖

近日，國際經典古海洋與古氣候學期刊《古海洋和古氣候》在線發表了中科院海洋研究所研究員萬世明研究組在日本海氧化還原環境演化方面的最新研究成果。研究人員通過對四百萬年以來日本海氧化還原環境演變歷史進行重建，發現在構造尺度上其主要響應于日本海東北部與西南部海峽的開合，在軌道尺度上則主要受到東亞季風演化及海平面變化的影響。

日本海為西北太平洋最大的邊緣海，現今其主要通過對馬海峽、津輕海峽、宗谷海峽和韃靼海峽與東海、西北太平洋和鄂霍次克海相連通。日本海地處東亞季風的影響區域，還受到黑潮分支對馬暖流的影響。這種較為封閉的地理格局以及多樣的環境要素使得日本海水體的氧化還原條件對古氣候-古海洋變化極為敏感，因此，自早更新世以來，發育了豐富的明暗層沉積，吸引了世界上諸多科學家的關注。但目前的研究主要集中于末次冰期以來，構造-軌道時間尺度日本海氧化還原環境演化及其控制因素仍缺乏探討。

針對這些問題，萬世明研究組基于日本海綜合大洋鉆探計劃（IODP）U1425和U1430站位樣品，利用高分辨率氧化還原敏感元素指標重建了上新世以來日本海氧化還原環境演化歷史，發現日本海水體在170萬年前由相對氧化的環境變為氧化-缺氧高頻轉變的環境。

研究認為，這種轉變主要是由于日本海東北部抬升，海峽變淺，從而阻礙了富氧的北太平洋中層水的進入；同時西南部的對馬海峽打開，但受控于更新世冰期-間冰期海平面的頻繁波動，日本海只能階段式與東海相連通，因此出現氧化-缺氧高頻轉變的現象。

在軌道尺度上，萬世明研究組發現中更新世轉型之前日本海在冰期為氧化環境，但轉型之后則變為冰期為缺氧環境。

研究認為，轉型之前冰期海平面最大下降僅約90米，對馬暖流仍可通過對馬海峽流入日本海，結合減弱的夏季風降水，使得日本海表層水體鹽度升高，從而促進水體的下沉。同時，強盛的冬季風更加有利于水體的混合，因此日本海在冰期時較為氧化。但轉型后冰期海平面下降達120米，對馬海峽幾乎完全關閉，此時日本海也幾乎為封閉停滯的狀態，因此相比于轉型前要更加缺氧。

上述研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項和國家自然科學基金的資助。