过去1.9万年来冲绳海槽中部当前海水循环和底部氧化还原条件的变化历史：有孔虫及元素地球化学记录

《Marine Micropaleontology》：History of current circulation and bottom redox conditions in the central Okinawa Trough over the last 19?ka: Foraminiferal and element geochemical records

冲绳海槽末次冰期至 Holocene 期间黑潮流通与底层水缺氧演化，基于 CS2 核心多指标重建。结果显示黑潮弱化导致氧通风不足，而 Holocene 黑潮增强及 NPIW 通风改善缺氧。研究揭示了海平面变化对黑潮进路及底层氧化状态的影响机制。

　　
该研究以中国地质调查局青岛海洋地质研究所等机构科研人员为核心团队，针对西太平洋关键构造单元——冲绳海槽（Okinawa Trough, OT）的海洋环流与底层缺氧演化问题展开系统性重建。研究聚焦于中央海槽CS2钻探剖面19-ka连续沉积记录，通过整合浮游有孔虫、底栖生物群落及地球化学指标，揭示了古海洋动力过程与缺氧机制之间的耦合关系。

研究首先明确了冲绳海槽在末次冰期-间冰期气候变化中的特殊地位。该海槽作为大陆架向开放太平洋过渡的关键构造单元，其沉积记录具有连续性和完整性优势。特别在末次盛冰期（LGM）海平面下降120-130米背景下，海槽的构造抬升和沉积保存特性使其成为研究西太平洋古海洋动力过程的重要档案库。通过对比前人研究，指出当前对黑潮（KC）路径演变的争议尚未解决，特别是MIS2阶段（约29-11.7 ka）KC是否进入海槽存在不同学术观点。

在方法学层面，研究创新性地构建了多参数协同分析框架。以CS2核心样品（425 cm长）为对象，整合了浮游有孔虫定量分析、底栖生物群落演替、Mn/Al比值、方解石含量等指标。其中，浮游有孔虫的 tropical-subtropical assemblage丰度（占比4.1%-35.3%）与KC活动存在显著正相关，结合热力学模型重建的温跃层深度（通过现代观测数据与古生物群对比标定），成功区分了KC存在与否对上层水柱结构的影响。

古海洋动力重建显示，末次冰期（71-11.7 ka）海平面下降导致KC路径发生显著偏移。这一过程通过三个关键指标得以验证：1）热带-亚热带浮游有孔虫（如Neogloboquadrata, Quinqueloculina）丰度下降超过80%；2）温跃层深度上移约50米（对比现代热力学剖面）；3）底层水氧浓度骤降，表现为底栖有孔虫群落中缺氧适应型物种（如Hampshireina）占比超过60%。值得注意的是，研究通过Mn/Al比值与方解石含量协同分析，成功排除了有机碳分解导致的假缺氧现象，这为后续缺氧机制分析提供了重要支撑。

关于北太平洋次表层水（NPIW）的调控作用，研究揭示了独特的反相位响应关系。在冰期盛期（如HS1和YD阶段），NPIW通量增强（表现为高密度南极硅藻As挞希硅藻）与底层缺氧减弱形成负相关。这种耦合机制可能源于NPIW携带的高氧水体对海槽的置换效应，以及其低温低盐特性对垂直混合的促进作用。特别在末次冰消期（11.7 ka后），随着KC恢复通量（热带浮游有孔虫占比回升至35%以上），海槽温跃层深度下移30米，导致底层氧浓度在5000 BP后出现阶梯式提升，验证了KC与NPIW对缺氧状态的双重调控作用。

在缺氧演化机制方面，研究提出了"三重控制"模型：海平面变化通过影响KC路径（第一重控制），进而改变温跃层深度（第二重控制），最后通过水柱稳定性调节底层氧浓度（第三重控制）。例如，在末次冰期海平面最低点（约-130米），KC完全退出海槽，导致温跃层上移至200米深度以上，使得底栖生态系统处于完全缺氧状态（Mn/Al比值低于0.2，对应现代缺氧阈值）。而冰消期海平面回升促使KC重新进入，温跃层下移至80-100米深度，配合NPIW通量增加，形成阶段性缺氧缓解。

该研究在多个方面取得突破性进展：1）首次建立KC路径与NPIW通量变化的时空耦合模型，揭示两者通过温跃层调节机制共同控制缺氧事件；2）发现末次冰期海槽缺氧与KC路径偏移存在直接关联，修正了此前认为海底地形阻隔是主因的传统解释；3）提出"海槽缺氧指数"（HTI）概念，通过整合浮游生物指标、底栖群落结构及地球化学参数，为量化古缺氧强度提供了新方法。研究数据显示，HTI指数在末次冰期达到峰值（HTI=0.78），而冰消期后回落至0.32，与海洋氧含量重建结果高度吻合。

在气候关联性方面，研究揭示海槽缺氧事件与米兰科维奇旋回存在复杂响应。在HS1和YD等低温事件中，尽管NPIW通量增强，但KC路径持续偏移导致温跃层稳定在较浅位置，形成"双重缺氧"叠加效应。而冰消期后的温暖期，KC通量恢复（热带浮游有孔虫占比从4.1%回升至35.3%）与NPIW通量同步增加，促使温跃层下移超过50米，底层氧浓度提升至现代标准值（>5 mg/L）。

该成果对现代海洋生态研究具有重要指导意义。通过对比末次冰期与当前暖期（1993-2020年）的KC通量（现代KC流量约30 svs，冰期可能低于5 svs）与NPIW通量（现代约20 svs，冰期可能低于8 svs），研究指出：当KC通量低于临界值（约8 svs）且NPIW通量处于衰减期（如ENSO异常），海槽底层氧浓度将下降至1.5 mg/L以下。这一发现为预测未来气候变化下西太平洋缺氧区扩张提供了关键参数。

在碳循环研究方面，底栖有孔虫δ1?O与δ1?C的负相关关系（r=-0.67，p<0.01）表明缺氧期有机碳固定效率提升23%。结合TOC含量重建（缺氧期TOC达2.8% vs 正常期1.2%），揭示海槽在末次冰期年均埋碳量达1.8万吨/km2，相当于现代海洋缺氧区碳封存能力的1.5倍。这种"缺氧增强碳封存"的反馈机制，为理解冰期-间冰期碳循环格局提供了新视角。

研究团队特别关注台湾海峡与冲绳海槽之间的构造演化对KC路径的影响。通过结合地震剖面与沉积物地球化学特征，证实末次冰期后台湾弧的差异性抬升（年均2 mm/ka）导致海槽东入口水深增加40米，促使KC形成"U型"迂回路径。这种构造-环流耦合机制解释了冰消期KC通量恢复滞后于海平面上升（约1-2个气候世纪）的现象。

在技术方法创新方面，研究开发了多参数加权积分法（MP-WIM），通过整合浮游有孔虫壳体形态参数（如Mzo比例）、底栖生物生态位指数（BEI）和地球化学比值（Mn/Al）的时空分布，实现古海洋动力参数的量化重建。该方法的时空分辨率达到500年/层，较传统单指标重建方法精度提升40%。

该成果对全球海洋缺氧区研究具有重要参考价值。通过对比冲绳海槽（西太平洋）与白令海槽（北太平洋）的缺氧事件，发现两者在NPIW通量响应上存在30%的时间滞后，这可能与东亚季风系统的调谐作用有关。研究建议未来在预测中纬度海域缺氧扩张时，需同时考虑沿岸流（KC）与次表层水（NPIW）的协同作用，并建立三维立体模型来表征水 masses的垂直分布特征。

该研究团队后续计划开展以下延伸研究：1）利用卫星遥感反演现代KC-OT通量，建立末次冰期以来KC通量变化速率与海平面变化速率的数学关系模型；2）开展NPIW通量变化对西太平洋食物网结构的调控机制研究；3）将HTI指数应用于全球其他半封闭海盆的缺氧事件对比分析，构建热带-亚热带海域缺氧演化的通用判别标准。这些研究将进一步完善冰期-间冰期海洋动力过程的理论框架，为应对全球气候变化下的海洋缺氧问题提供历史经验支撑。