2025-02-01 | 科研部 南科大海洋系刘青松团队揭示磷酸盐风化增强驱动晚中新世全球变冷

近日，南方科技大学海洋科学与工程系讲席教授刘青松团队在Nature旗下期刊Nature Communications发表题为“Enhanced phosphorus weathering contributed to Late Miocene cooling”的研究论文。文章系统性地阐述了晚中新世时期全球气候变冷的驱动机制，创新性地提出了全球磷酸盐风化过程对海洋碳循环的重要影响。

图1. 全球磷循环简图

晚中新世，跨越1160万至530万年前的地质历史时期，是一个见证了全球构造、生物群落和气候发生重大转型的特殊时期。研究发现，晚中新世气候变冷导致全球温度在7至5.4百万年之间不断降低，并达到了近现代的海洋温度。期间，随着新生代以来长期变冷和大气CO₂减少，深海和浅水区海洋温度大幅下降。因此，晚中新世时期作为重要的“时间窗口”，可以在比现代更加温暖的条件下研究气候和全球碳循环的相互作用，从而改进对气候变化与陆地生态系统响应的相关预测。

在许多洋盆的记录中发现晚中新世时期全球发生了一次长时间持续的碳同位素负偏移——晚中新世碳偏移。现有研究提出三种主要假说，分别是陆源输入假说、生物泵假说以及深层水与洋流假说。这一系列的陆地和深海碳储库的变化被认为是导致晚中新世气候变冷的主要原因。然而，引发晚中新世变冷的背后驱动力仍然存在很大争议。例如，大气CO₂的逐渐减少在推动全球变冷和相关的陆地生态系统变化中发挥了核心作用。然而，在晚中新世时期，硅酸盐风化与磷酸盐风化的相对强度变化及其对碳消耗的影响仍然不太清楚。针对这些谜题，该研究通过沉积记录和数值模拟发现晚中新世时期全球磷酸盐风化过程对于海洋碳循环和全球变冷产生了巨大的影响。

海洋磁学中心团队过去几年基于西太平洋多金属结壳在晚新生代以来风尘、洋流动力学等方面开展了大量的工作。多金属结壳作为重要的古海洋研究的载体，蕴含了丰富的海洋环流、生产力、陆源输入等过程的信息，是寻找晚中新世变冷背后机制的良好介质（图1）。

基于此，研究团队对西太平洋麦哲伦海山区多金属结壳样品进行了环境磁学和地球化学的分析工作，为晚中新世期间海洋磷酸盐浓度持续性阶梯状增高提供重要的证据。通过生物地球化学模拟，揭示出晚中新世时期磷酸盐与硅酸盐风化过程存在明显的脱耦现象。研究进一步指出，该时期青藏高原隆升引发的磷酸盐风化增强可能通过提升初级生产力和海洋生物泵导致全球CO₂的下降（图2）。

图2. 11百万年以来记录与模型重建磷酸盐含量及大气CO₂和温度变化趋势

该研究强调了晚中新世陆地的磷风化变化在全球气候转型期的重要作用，为研究海洋碳循环与全球气候变化之间的耦合作用提供了全新视角。同时，这一发现可以用于改进对未来气候变化及陆地生态系统响应的预测。

南科大海洋科学与工程系、海洋高等研究院研究副教授仲义为论文第一作者，南科大为论文第一单位。刘青松和中国科学院地质与地球物理研究所研究员赵明宇为论文共同通讯作者。

以上研究得到了国家自然科学基金、深圳市科创局项目以及南科大高水平特别基金资助。文章中用到多金属结壳样品来自于中国大洋样品馆支持。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56477-7

供稿：海洋科学与工程系

通讯员：颜莎

主图：丘妍

编辑：周易霖