通过乔治五世地大陆边缘（南极洲）的沉积序列识别出从冰盖气候向极地气候转变的地震代用指标

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：A seismic proxy identifying the transition to an ice sheet polar regime from the sedimentary sequence on the George V Land continental margin (Antarctica)

本研究基于南极威克尔斯冰下盆地大陆架及上升带的地震与钻孔数据整合分析，揭示东南极冰盖演化存在早白垩世和中白垩世两个关键转折点，分别对应冰盖扩张与收缩，支持气候驱动下的冰体积非线性增长理论。

　　这项研究基于对南极洲大陆架和大陆坡的地震数据以及钻孔资料的综合分析，揭示了东南极冰盖（EAIS）在新生代演化过程中出现的两个重要转折点。这两个转折点分别发生在早中新世和中更新世，与大陆坡上显著的沟槽-堤坝系统（channel-levee system）的形成和消失密切相关。通过这些地质特征，研究人员进一步支持了早期关于冰盖体积在中新世气候最佳期（MCO）期间非线性增长的假设。MCO是新生代中最温暖的时期，平均底层水温（BWT）比现在高出3至9摄氏度，同时大气中二氧化碳（CO?）浓度在400至600 ppm之间。这种温暖的气候条件，加上高降雪量，为冰盖在更广泛的陆地环境中提供了足够的水分供给，从而促进了冰盖体积的快速增长。

研究还指出，在中更新世气候最佳期（PWP）期间，冰盖经历了一次相对温和的增温，这一时期被认为是新生代中研究最深入的阶段。PWP期间，大气中的CO?浓度接近当前水平，全球平均海面温度比现在高出2至3摄氏度。这一时期的气候条件与现在的全球变暖趋势有相似之处，因此被视为未来气候变化的潜在类比。然而，PWP之后的冷却过程导致了现今的“冰室”状态，南极洲形成了稳定的极地环境，而北半球则出现了大规模的冰川活动。

Wilkes Subglacial Basin（WSB）是东南极冰盖最大的低洼盆地，其冰盖体积相当于3至4米的海平面高度。由于冰盖下的基底向陆地方向加深，WSB对海洋冰盖不稳定（marine ice sheet instability）非常敏感，这种不稳定可能由南大洋的暖水入侵触发。在George V Land附近的大陆架和大陆坡区域，保存了来自WSB的广泛侵蚀沉积物记录，这些沉积物主要受到冰盖动态变化的影响。然而，在集成海洋钻探计划（IODP）第318次远征之前，几乎所有对这一区域的解释都基于地震数据，而缺乏明确的地质年代控制。

通过将地震数据与IODP第318次远征的钻孔数据相结合，研究团队提出了一种新的地质年代评估方法，以确定该区域的地震序列。这种方法包括三个步骤：地震数据的重新处理、地震与钻孔数据的联合分析以及岩石物理特征的描述。研究结果显示，该区域的地震不整合面深度得到了精确的定义，这些深度的估计基于磁极性反转和生物地层学数据。与之前的研究相比，新的深度估算更浅，反映了对沉积速率的不同理解。

在讨论部分，研究团队进一步分析了沟槽-堤坝系统形成的时间，指出其形成晚于WL-U5地震不整合面。WL-U5未被George V Land附近的钻孔所到达，因此尚未进行年代测定。然而，通过将WSB附近的沉积速率外推至WL-U5以上，研究人员估计其年代可能在17至22百万年前之间。这一结果与位于WSB附近、距离数公里的IODP钻孔点U1356所记录的WL-U5年代一致，表明该区域的地质演化具有一定的连续性。

此外，研究团队还识别出一种特殊的高振幅地震单元（HASP），它代表了富含硅藻和陆源沉积物的交替层，这标志着东南极冰盖在中更新世期间向更稳定、更少侵蚀的状态转变。这种地震特征不仅在George V Land附近的区域具有重要意义，还可能在其他南极洲大陆边缘地区作为古生态或地质年代的标志。然而，这种标志的应用仍需进一步研究，以确认其在不同地质环境中的适用性。

研究还强调了对钻孔数据的深入分析的重要性。例如，在钻孔U1356中，研究人员发现了从早始新世到晚中新世的沉积物，但由于在某些时间段内的回收率较低，必须结合地震数据以提供更完整的冰盖动态解释。在中到晚中新世期间，沉积物的主要特征是富含硅藻的粘土沉积和硅藻丰富的泥质粘土，其中夹杂着零星的砾石，表明存在半陆源沉积和冰山漂移。然而，随着中新世的推进，远源浊流沉积物（如层状泥质粘土）逐渐增加，反映了冰盖活动的增强。

在钻孔U1358中，研究人员获取了从晚中新世到现在的沉积物记录，这些沉积物可以分为两个主要类别，分别与东南极冰盖的退缩和扩张有关。一类是层状泥质沉积物，其中生物硅含量较低（低于10%），代表了冰盖退缩期间的远源浊流沉积；另一类是富含生物硅的泥质沉积物，其含量在30至50%之间，代表了冰盖扩张期间的半陆源和等深流沉积。这些沉积物的特征为研究冰盖动态变化提供了重要的线索。

研究还指出，在PWP期间，冰盖的动态变化尤为显著，其退缩范围可达数百公里。这种动态变化得到了冰川海洋沉积物和冰山漂移沉积物（IRD）的来源和沉积速率的支持。此外，研究团队还利用硅藻记录分析了PWP期间的海洋环境变化，发现该时期存在至少一次冰盖退缩，同时南极洲的极地前锋向南移动，表明冰盖活动的增强。

研究团队进一步强调了对不同地质单元的详细分析，以揭示冰盖动态变化的复杂性。例如，在George V Land附近的区域，研究人员发现了一系列地质特征，这些特征不仅反映了冰盖的动态变化，还揭示了冰盖与全球气候和海洋环境之间的相互作用。这些特征包括沉积物的层序、沉积速率的变化以及生物硅含量的波动，它们共同构成了冰盖演化的重要证据。

总体而言，这项研究通过综合分析地震和钻孔数据，揭示了东南极冰盖在新生代演化过程中的关键转折点。这些转折点不仅与冰盖体积的变化有关，还反映了冰盖动态与全球气候之间的复杂关系。研究结果对于理解冰盖对气候变化的响应具有重要意义，并为未来全球变暖的预测提供了重要的地质背景。此外，研究团队还提出了新的地质年代评估方法，以提高对冰盖演化历史的理解，并为其他地区的类似研究提供了参考。这些发现不仅丰富了对南极洲地质历史的认识，还为全球气候变化研究提供了重要的基础。