晚新生代北太平洋西部深水洋流演化:来自铁锰结壳Nd同位素的证据

尽管深水环流在调节全球气候方面起了重要作用,但对于北太平洋西部的深水循环在过去的变化目前仍知之甚少.铁锰结壳的Nd同位素已经被证明是一个很好的记录古海洋环流变化的指标.通过研究位于马里亚纳岛弧附近不同水深的两块结壳(MKD13,1530m;MDD53,2700m)的Nd同位素组成演化,并结合对已发表资料的综合分析,获得了对该区中新世以来古洋流演化的初步认识:在中新世,结壳MDD53的Nd同位素组成保持稳定(εNd:ε4.0～ε5.0),且比北太平洋同时期类似水深的结壳贫放射成因Nd,反映了该时间段北太平洋西部深水主要受控于来自南太平洋的贫放射成因Nd的深部西边界流;而浅水结壳MKD13的εNd值在中新世持续升高,是由于印尼海道陆续关闭,贫放射成因Nd的印度洋水体通过该海道流入太平洋浅部的水量陆续减少所致.在上新世,结壳MKD13的εNd值保持不变,说明该时间段岛弧来源Nd的量没有发生变化,并且在早上新世时印尼海道对印度洋-太平洋间浅层海水的流通已经关闭;所以结壳MDD53的εNd值迅速升高,不是由于水体从浅层到深层的垂直输入的变化造成的,而是由于贫放射成因Nd的南大洋深水流入研究区深度范围(～2700m)的流通量从早上新世开始减弱的结果.     

中北太平洋深海Nd同位素的分布与传输途径

以往一直笼统地认为, 中北太平洋深水(约1500~4000 m)富放射成因Nd来自太平洋岛弧的输入, 但对于其输入的路径与方式缺乏进一步的认识. 通过取自于中北太平洋20°N 附近海山17 个不同深度铁锰结壳, 测定了该区结壳表层样的Nd 同位素组成. 结合已发表的海水Nd 同位素数据, 获得了如下新的认识: 北太平洋中层水(NPIW, 300~800 m)在西太平洋边缘所携带的Nd 通过平流带入整个中北太平洋, 是中北太平洋深水获得富放射成因Nd 的重要来源, 而浅表层海洋Nd 对中北太平洋深海的影响则不明显. 这凸显了大陆边缘洋流垂向混合输入对中北太平洋深水Nd 同位素平衡的作用, 为深入认识海洋Nd 循环提供了启示. 此外, 从铁锰结壳表层样获得的中北太平洋深水ε_Nd 值较为均一, 平均值约为-3.4, 高于已报道的本区现代海水实测的ε_Nd 均值(约为-3.9), 说明中北太平洋深水Nd 同位素在较短时间尺度上的演化并不是稳定不变的.