西南极冰盖退缩与阿蒙森海早新世温暖期的古海洋学记录

研究团队通过分析阿蒙森海大陆隆沉积物档案，揭示了早新世温暖期（4.6-4.5 Ma）西南极冰盖（WAIS）的退缩机制。发现Thwaites冰川系统在4.4 Ma时曾退缩至距现代接地线数百公里的内陆位置，证实长期变暖可能导致冰盖系统发生不可逆变化。该成果为预测未来全球海平面上升提供了关键地质证据，发表于《Nature Communications》。

　　

在全球变暖背景下，西南极冰盖（West Antarctic Ice Sheet, WAIS）的稳定性已成为预测未来海平面上升的关键不确定因素。现代观测显示，阿蒙森海扇区的Thwaites和Pine Island冰川正以加速态势消退，其动态变化可能触发"海洋冰盖不稳定性"（Marine Ice Sheet Instability）。然而，当前观测记录仅覆盖数十年，难以评估冰盖系统在长期温暖条件下的响应模式。早新世（5.3-2.6 Ma）作为地质历史中最近期的持续温暖阶段，其大气CO₂浓度（400-450 ppm）与当前相当，地表温度比工业革命前高约4°C，成为研究冰盖-海洋相互作用的理想类比对象。

为解决这一科学难题，由美国蒙特克莱尔州立大学Sandra Passchier领衔的国际团队，通过国际大洋发现计划（IODP）379航次在阿蒙森海大陆隆Resolution Drift钻取的沉积岩芯（U1532和U1533站位），结合多指标分析重建了早-中新世（5.0-3.6 Ma）西南极冰盖演化史。研究发现4.6-4.5 Ma温暖峰值期，冰盖系统曾发生数百公里规模的内陆退缩，这一成果为理解长期变暖背景下冰盖临界点行为提供了直接证据，发表于《Nature Communications》。

研究团队采用四项关键技术：

1. 沉积相分析：划分暗灰色纹层状粉砂质黏土（冰川相）、红褐色条带状粉砂质黏土（冰融水羽流相）和灰绿色生物扰动黏土（间冰期相）三类岩相组合
2. 粘土矿物学：通过<2μm组分中高岭石（kaolinite）含量变化示踪Thwaites冰川物源贡献
3. 40Ar/39Ar年代学：对>250μm冰筏碎屑（IRD）中角闪石和云母定年，重建冰山排放历史
4. 地球化学指纹：采用Gd_N/Yb_N、Eu/Eu*等指标区分Marie Byrd Land与Pine Island流域物源

主要研究结果

沉积相组合揭示冰-海相互作用机制
通过岩芯高分辨率XRF扫描和粒度分析，发现早新世沉积序列呈现规律的冰川-间冰期旋回。4.6-4.5 Ma期间出现的红褐色条带状粉砂质黏土相（CB）具有极低的可分选粉砂平均粒径（SS=10-15 μm），指示弱底流环境下高密度陆架水溢出形成的冰融水超重流（hyperpycnal flow）沉积，线性沉积速率高达900 m/Myr。

粘土矿物与地球化学指纹指示冰盖退缩
在4.4 Ma的灰绿色间冰期相（GG）中，高岭石含量骤降至<5%，Gd_N/Yb_N比值同步降低，反映Thwaites冰川物源贡献中断。40Ar/39Ar定年显示该时期IRD以180-220 Ma年龄峰为主（占73%），对应Pine Island流域的侏罗纪花岗岩源区，而标志Thwaites流域的110 Ma峰几乎消失。

古海洋学重建揭示环流重组
可分选粉砂粒径（SS）和锰结核发育显示，4.6-4.1 Ma间南极绕极流（ACC）强度减弱，使暖水更易入侵大陆架。DSDP 590站位的Mg/Ca温度显示此时亚南极模态水（SAMW）温度达峰值，与沉积记录中生物硅含量增加、Ce/Ce*正异常（最高1.4）反映的高生产力期吻合。

讨论与意义
该研究首次证实：

1. 在持续温暖条件下（>4°C高于工业化前），WAIS阿蒙森海扇区可发生数百公里规模的不可逆退缩，对应全球海平面上升约20 m
2. 冰盖消融通过超重流排放和陆架水改造，能显著改变深海洋流格局，可能影响碳循环
3. 现代Thwaites冰川的快速消退可能代表冰盖系统对早新世类似温暖条件的延迟响应

研究创新性地将沉积学指标（如可分选粉砂参数）与放射性同位素定年结合，建立了冰盖动态与海洋环流的因果链条。成果为IPCC评估报告提供了地质尺度类比案例，提示当前气候轨迹下WAIS可能存在未被充分认识的 tipping point（临界点）。未来研究需结合冰盖模型，量化早期新世冰消期物质损失速率与现代过程的可比性。