《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Terra Nova Bay Polynya Evolution and Ocean Ventilation History Since the Last Glacial Maximum
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南极西罗斯海干盖尔 trough 沉积记录揭示 Last Glacial Maximum (LGM) 以来冰盖动态与海洋过程响应。通过高精度AMS 14C测年及多代理分析，识别出五个沉积单元，对应冰盖变薄（Unit I）- grounding线退缩（Unit II）- 开放海洋沉积（Unit III-IV）- 海洋再冰化（Unit V）阶段。模型显示冰盖先变薄后整体退缩，驱动Dense Shelf Water (DSW)生成与南极底层水（AABW）增强。Terra Nova Bay多年冻土区活动滞后东部罗斯海 deglaciation约8kyr，揭示冰-海-气耦合响应的区域异质性。研究为理解极地冰盖-海洋-气候相互作用及未来AABW对南极冰盖变化的敏感性提供依据。
作者：肖子健、杨迅、李云海、黄晓霞
中国科学院深海科学与工程研究所，中国海南省三亚市鹿回头路28号，572000
摘要
Drygalski海槽是南极罗斯海大陆架上最深的海槽。东南极和西南极冰盖的消长控制着罗斯海西部的环境变化，尤其是大陆架上的沉积物与自末次冰盛期（LGM）以来的冰盖动态和冰架发育密切相关。然而，自LGM以来，关于该地区冰盖动态和冰川-海洋沉积过程的研究仍然很少。这些沉积记录提供了高分辨率的信息，揭示了Terra Nova Bay（TNB）多尼亚（开阔海域）的演变、海洋生产力的变化以及自LGM以来的海洋通风情况，这些数据通过AMS14C年代学方法进行了校准。通过对定年良好的重力岩芯进行多指标分析，本研究识别出五个代表不同冰川-海洋-气候阶段的沉积单元。在冰川退缩期间，由于每个岩芯中沉积物的地理差异和沉积特征的不同，可以同时观察到不同的碎屑粒径分布和生物生产力信号。基于不同的沉积环境，提出了罗斯海西部冰盖先变薄后退缩的模型。这一模型能够解释自LGM以来冰盖的退缩、研究区域内冰架的崩塌以及多尼亚的形成。多尼亚的激活促进了密集大陆架水（DSW）的产生，加强了南极底层水（AABW）的形成和海洋通风。我们的研究还表明，TNB多尼亚的形成比罗斯海东部的冰川消退滞后了约8千年，揭示了冰-海洋响应的区域性不同步性。这项研究增进了对冰川-海洋沉积模式的理解，并突显了罗斯海在间冰期气候变化中的关键作用，对未来南极冰冻圈变化对AABW敏感性的研究具有指导意义。
引言
南极冰冻圈及其相邻的南大洋是全球气候调节中最敏感和最具影响力的组成部分之一。罗斯冰架是东南极和西南极冰盖的重要支撑结构，自末次冰盛期以来经历了剧烈的冰期-间冰期转变（约26.5万至1.9万年前）。罗斯海的大陆架和斜坡保存了复杂的冰-海洋-气候相互作用沉积记录（McKay等人，2008年；McKay等人，2009年；McKay等人，2016年；Halberstadt等人，2016年；Kim等人，2020年；Ha等人，2023年）。Terra Nova Bay（TNB）是罗斯海西部的一个显著多尼亚形成区，它是下坡风、冰架动态和海洋过程相互作用的动态界面，调节着区域生物地球化学循环和底层水的形成（Miller等人，2024年；Schmidt等人，2023年；Zhang等人，2024年）。在过去三十年中，通过沉积物钻探、地球化学代用指标和年代学方法的研究，我们对罗斯海后冰期退缩模式、冰盖稳定性和海洋通风动态有了显著的认识（Anderson等人，2020年；Andres等人，2003年；Bart等人，2000年；Di Roberto等人，2024年；Domack等人，1999b）。然而，在解决TNB多尼亚活动、生物生产力、高盐度大陆架水（HSSW）形成和南极底层水（AABW）强度在关键气候转变期间的耦合演化方面仍存在关键空白，特别是在将区域沉积记录与半球尺度的气候事件（如Heinrich Stadial 1（HS1，约1.6万年前）和Younger Dryas（YD，约1.29万至1.17万年前）相协调方面（Ozkan等人，2014年；Reimnitz等人，1993年；Rella等人，2012年；Ward等人，2022年；Zhu等人，2022年）。
罗斯海大陆架以深邃的冰川侵蚀海槽为特征（图1a），一直是重建南极冰盖（AIS）行为的重点区域（Alley等人，1986年；Anderson等人，2014年；Anderson等人，1992年；De Santis，1999年；Wilson等人，2012年）。在LGM期间，根据地震地层学和沉积学研究，冰盖延伸至大陆架边缘（Mosola和Anderson，2006年；Pérez等人，2022年；Wu等人，2024年）。先前的研究表明，罗斯海东部的冰盖退缩较早，西部较晚，但具体时间仍有待讨论；同时，罗斯海东部的冰架较薄，而西部的冰架较厚。随后的退缩阶段以约1.9万至0.8万年间的冰川前沿线振荡为标志，留下了从冰近端杂砂岩到层状硅藻泥的明显沉积相变化，反映了从冰架下环境向开阔海洋环境的转变（McGlannan等人，2017年；Majewski等人，2018年；Prothro等人，2020年）。
TNB是东南极冰盖（EAIS）的沉积中心，为多尼亚驱动的初级生产力提供了物质来源（Mezgec等人，2017年）。TNB多尼亚还受到南森冰架附近持续的下坡风的影响，生成了密集大陆架水（DSW），这是南极底层水（AABW）的前体，同时促进了硅藻的大量繁殖，主导了全新世的生物沉积（Guest，2021年；Miller等人，2024年；Sansiviero等人，2017年；Sjunneskog和Winter，2012年；Thunell等人，2000年；Winter等人，2012年）。TNB的沉积记录提供了自LGM以来罗斯海系统、冰川动态和大陆架通风变化的信息。
先前对罗斯海西部大陆架的研究发现，在约11.5千年前，粒径、生物成因蛋白石含量、硅藻种类和有机碳同位素（δ13Corg）发生了突然变化，这与全新世变暖和冰架退缩的开始时间一致（Kim等人，2022年；Taviani，1993年；Ohneiser等人，2019年；Thunell等人，2000年）。这些发现与区域地震地层学结果一致，显示Iselin Bank斜坡上有大量的物质运输沉积物（MTDs），这可能与间冰期生物成因蛋白石高峰期间的气候驱动的沉积不稳定有关（Conte等人，2021年；Gales等人，2023年）。然而，控制多尼亚变化机制的因素——特别是风强度、海冰范围和融水排放如何调节DSW的产生和碳封存——仍不明确。虽然X射线荧光（XRF）岩芯扫描揭示了Drygalski盆地沉积物中千年期尺度的碎屑输入（Ti/Al比值）和生产力代用指标（Si/Al比值）的波动，但缺乏高分辨率的年龄模型和生物标志物数据限制了机制的解释（Villinski等人，2000年；Winter等人，2012年）。此外，南极和北半球的冰川消退年代学之间存在差异；南极同位素峰值（AIMs）通常先于北大西洋冷却事件，这表明TNB中的沉积记录可能有助于解决这种半球间的相位差异（Rella和Uchida，2014年；Ward等人，2022年；Chen等人，2025年）。
现代观测表明冰架融化加速和南极底层水体积减少（Kobayashi，2018年；Lago和England，2019年；Zhou等人，2023年），但TNB的古记录为预测未来变化提供了关键基准。通过将区域沉积地层学和多尼亚活动与自LGM以来的海洋沉积环境变化联系起来，本研究利用罗斯海沉积岩芯年代学和LGM后的气候事件进一步完善了沉积序列。这项工作还有助于预测未来的冰盖退缩，并为在温暖情景下保护南极海洋栖息地提供政策指导。
地质背景
罗斯海面积约为1,137,000平方公里（图1a）。它西接维多利亚地（东南极），东接爱德华七世地（西南极），南部主要由世界上最大的冰架——罗斯冰架覆盖，面积约为536,000平方公里（Cooper等人，2010年；De Santis，1999年；Goehring等人，2019年；De Santis，1999年）。罗斯海中部和东部的罗斯冰架主要由西南极冰盖（WAIS）供给。
材料
本研究分析了两次中国南极科考队（第33次，2016-2017年和第39次，2022-2023年）采集的沉积岩芯（表1）（图1）。岩芯ANT33-A2–01（长度220厘米，水深921.10米）位于Drygalski海槽北部（167°58′23″ E，74°29’42″ S）。该岩芯以2厘米间隔切片，共采集了110个样本。岩芯ANT39-R1-03B（长度116厘米，水深1096.08米）则来自Drygalski海槽最南端的深层区域。年代学分析
两个岩芯均显示出良好的沉积连续性，没有间断或年龄反转的证据（表3）。分析样本表明，自LGM以来Drygalski海槽的沉积活动一直持续，最古老的年龄分别出现在岩芯R1-03B的92厘米处（29,707千年前）和岩芯A2–01的182厘米处（27,130千年前）。LGM结束的关键年代标志在岩芯R1-03B的59厘米处被检测到（21,700千年前）。退冰时期的沉积物年代得到了明确界定。罗斯海西部Drygalski海槽的沉积环境变化
Domack和Harris（1998年）以及Prothro等人（2018年）根据沉积物与冰川前沿区的距离及其相对于海洋表面冰架的位置，将罗斯海西部的沉积物类型进行了分类。他们划分了以下五个序列：（1）冰川杂砂岩——可进一步分为：冰川前沿楔体顶部的水下杂砂岩（GZW）和冰川前沿楔体前部的前冰川杂砂岩（图8d）；（2）靠近...结论
自LGM以来，Drygalski海槽的沉积序列由五个不同的沉积单元组成，每个单元记录了独特的冰川-海洋-气候相互作用。第一单元由分选不良、富含砾石的粉砂组成，反映了全冰期条件下冰川前沿附近的沉积情况。第二单元逐渐转变为深灰绿色黏土，并伴有间歇性的沙质脉冲，表明水动力能量减弱和冰川前沿线开始退缩。第三单元...
作者贡献声明
肖子健：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、可视化、软件使用、方法论设计、调查实施、数据分析、概念构建。杨迅：撰写 – 审稿与编辑、方法论设计、数据管理。李云海：撰写 – 审稿与编辑、监督工作、资源协调。黄晓霞：撰写 – 审稿与编辑、验证结果、监督工作、资源协调、方法论设计、调查实施、资金争取、数据分析。未引用的参考文献
Mengxue等人，2016年；《罗斯海中部和东部大陆架晚渐新世至中新世冰期的地震记录》利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的研究工作。致谢
黄晓霞和肖子健感谢国家自然科学基金（编号42476270）和国际合作项目——未来合作伙伴网络计划（编号2024000041）的支持。肖子健还感谢海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室的工作人员在沉积物粒径实验中提供的帮助。同时，肖子健也感谢深海科学研究所的分析与测试中心的支持。
