海洋地质与环境重点实验室知识库

热带太平洋对于调节全球气候变化具有重要意义，热带太平洋平均态的变动也是影响全球水汽循环、碳循环运转以及高低纬气候联结的重要机制之一。以往对上新世以来热带太平洋海表温度的研究较多，且多关注于赤道东太平洋（Eastern equatorial Pacific，EEP），对于区域气候不受上升流系统主导的西太平洋暖池区（Western Pacific Warm Pool，WPWP），生产力和次表层/温跃层水文状况的重建记录较少。同时构造尺度上WPWP对全球气候变化以及热带海道关闭/收缩事件的影响/机制尚不明确。本次研究利用IODP 363航次在WPWP核心区U1490站位所取得的沉积柱样中浮游有孔虫混合层种Trilobatus sacculifer和温跃层种Globorotalia tumida的氧碳同位素与壳体Mg/Ca数据，以及底栖有孔虫Cibicidoides wuellerstorfi的氧碳同位素，结合沉积物Ba/Ti比值，分析了5.1–2.6 Ma上新世西太平洋暖池区营养跃层深度、古生产力、表层和温跃层海水温盐记录，并重建了上新世暖池核心区上层水体演化。

利用U1490表层和温跃层碳同位素差值Δδ¹³C_sac-tum，作为区域营养跃层深度的指标，沉积物Ba/Ti比值以及表层-底栖有孔虫的碳同位素差值Δδ¹³C_sac-benthic则用以指示生产力变化。由此发现上新世期间西太平洋暖池区营养跃层深度和生产力演化具有很好的协变性，表明5.1–2.6 Ma期间研究区域内营养跃层的变动主导了生产力的演变。5.1–4.8 Ma阶段较浅的营养跃层和高生产力可能是晚中新世-早上新世全球生物勃发在WPWP的区域响应。4.8–3.5 Ma阶段研究区营养跃层加深伴随生产力降低，可能是由于~4.8 Ma时中美洲海道的关闭，引起赤道西太平洋（Western equatorial Pacific，WEP）向南半球高纬的热量传输减弱，导致暖池区混合层较厚阻碍营养物质上涌。3.5–3.0 Ma是印尼海道收缩的关键时期，同时U1490的营养跃层较浅，生产力较高。推测高营养盐的亚南极模态水（SAMW，Subantarctic Mode Water）的增强或向北扩张影响WPWP，从而增幅研究区生产力。

根据U1490站位T. sacculifer的Mg/Ca重建得到的表层海水温度（Sea surface temperature，SST）记录，用以反演WPWP上新世期间SST演化。分析发现上新世以来暖池SST不存在显著的降温，同时赤道东西太平洋温度梯度显著低于现代，进一步确认表层热带平均态处于永久类El Niño状态。~4.8–3.6 Ma期间研究区SST的升高主要响应中美洲海道关闭引起的低纬向高纬热传输的减弱；~3.6 Ma之后暖池SST逐渐降低，推测是由全球气候变冷以及印尼海道收缩引起的低纬向高纬热传输的增强共同导致。利用SST记录和T. sacculifer的δ¹⁸O计算的剩余氧同位素δ¹⁸O_ivc-sw显示，研究区附近降水和表层盐度（Sea surface salinity，SSS）主要受控于沃克环流演化。ODP 806站位的δ¹⁸O_ivc-sw在~4.3–4.15 Ma与~3.95–3.8 Ma两个时期比U1490更淡，可能是由于沃克环流极弱而导致的水汽上升中心向东移动和/或收缩，使ODP 806附近海区降水多于U1490，最终造成前者SSS低于后者。

利用U1490站位的浮游有孔虫温跃层种G. tumida壳体Mg/Ca比值，得到5.1–2.6 Ma期间研究区次表层海水温度，发现其比现代高5–8 °C，同时次表层海水温度变化可能响应于全球气候变冷或反映来自高纬的信号，自上新世以来经历了显著降温。U1490垂向温度梯度显示研究区温跃层在~4.4 Ma之后逐渐变浅，结合与EEP温跃层状况的对比，分析了上新世永久类El Niño状态的演化特征。早上新世东西赤道太平洋表层温度梯度较低，WEP和EEP温跃层均较深。~4.8 Ma之后EEP温跃层开始逐渐变冷/变浅，~4.3 Ma之后EEP表层降温逐渐增幅， WEP温跃层开始变冷/变浅，标志着赤道太平洋永久类El Niño状态开始逐渐结束。此外，不同记录反映的WPWP上新世演化存在差异，结合~4.4–3.6 Ma期间温跃层的整体抬升，本文针对同时段WPWP的演化提出两种解释，一是WPWP核心向北迁移，二是WPWP在空间上收缩。两种解释均需要更多沉积物记录的支持，有待进一步研究确认。