中国南海深部海域重组过程中的两个关键节点：气候强迫与海平面变化对通道控制机制的相互作用

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Two critical junctures in the reorganization of the deep South China Sea: Interplay between climate forcing and sea-level driven gateway control

　　摘要
边缘海中的深渊电流是全球温盐环流的关键组成部分，然而它们对地貌重新组织的响应仍知之甚少。在这项研究中，我们利用来自南中国海深渊地区的高分辨率可分类淤泥平均粒径（????S?????S）记录，重建了过去24000年南中国海深层水（SCSDW）的强度变化。研究结果揭示了一个非线性的三阶段水动力演变过程，其中包含两个关键转折点。在最后一次冰盛期和早期冰消期（24,000至15,100年前），由于太平洋深层水的侵入，SCSDW非常活跃（????S?????S > 19 μm）。随后出现了显著 slowdown（????S?????S 最小值14.4 μm），这一现象持续到9,600年前，原因是约15,100年前密集的冰川北太平洋中层水到达南中国海深渊地区，从而缓冲了斜压压力梯度。大约在9,600年前，随着海平面降低至-40米阈值，卡里马塔海峡重新开放，SCSDW的水动力系统重新启动（????S?????S 达到18.2 μm）。这种地貌变化可能增强了通过重新开放的南部通道的深层海水侵入。我们的研究结果表明，区域性的通道阈值能够显著调节深渊地区的通风情况，在某些条件下，其作用可能超越大规模气候强迫的影响。

引言
深层水体的通风是全球气候系统中的关键组成部分，因为它影响着海洋碳储存库以及深部与大气之间的二氧化碳交换（Sigman和Boyle，2000；Galbraith等人，2007）。南中国海（SCS）作为西太平洋最大的边缘海，由于其独特的垂直分层环流结构和极高的沉积速率，为研究这些过程提供了极佳的天然档案（Wang和Li，2009；Luo等人，2025b）。在该系统中，来自吕宋岛的冷密度大的上层环流深层水和下层环流深层水通过深吕宋海峡（海峡深度约2400米）进入盆地，并驱动了一个盆地尺度的环流系统（Qu等人，2006；Zhou等人，2014）。为了维持盆地的质量平衡，这些深层水的流入与表层黑潮的侵入相匹配，同时另有500–1500米深度的南中国海中层水向东流出，最终回到了太平洋（Tian等人，2009；Luo等人，2025a）。

在过去十年中，人们在对南中国海深层水（SCSDW）的第四纪晚期演变进行重建方面取得了显著进展。通过使用可分类淤泥和磁性矿物学等指标，先前的研究普遍认为自最后一次冰盛期以来经历了三个水动力阶段：冰盛期的强烈环流、冰消期的减弱以及全新世的相对缓慢状态（Wan和Jian，2014；Zheng等人，2016；Zhao等人，2023）。最近，Wang等人（2023）利用同一研究地点16ZBS11的磁性粒径参数发现，在海因里希冰期（HS1，约18,000至14,600年前）期间，由于北大西洋气候的影响，深层水流动增强。同时，关于中间层的研究表明，冰期期间浅海通道（如台湾海峡和卡里马塔海峡）的封闭限制了表层水的流出，从而增强了表层水的下沉作用，加剧了SCSDW的通风（Luo等人，2025a）。这些研究表明，SCS的多层环流对遥远的高纬度气候信号和区域性地貌变化都非常敏感。

尽管取得了这些进展，但对于当前间冰期过渡期间深渊动力机制的驱动因素仍存在许多不确定性。虽然磁性粒径记录和斜坡档案提供了当前变异性的快照（Wang等人，2023；Zhao等人，2023），但来自深海平原（>3000米）的数据仍然不足。此外，浅海通道（特别是卡里马塔海峡）的重新开放在调节水柱最深层中的作用尚未得到充分探索。目前尚不清楚现代表层通量的建立如何影响垂直分层的环流结构，并促进深渊环流的恢复。在此，我们利用来自地点16ZBS11的高分辨率24000年可分类淤泥记录来填补这一知识空白。我们的研究识别出SCSDW演变过程中的两个关键转折点，这些转折点由大西洋经向翻转环流（AMOC）驱动的冰川北太平洋中层水（冰川NPIW）影响与海平面驱动的通道控制相互作用所主导，并阐明了盆地尺度的质量平衡机制，即通过重新开放的卡里马塔海峡增加的表层水流出可能需要通过吕宋海峡增强深层水的流入来维持盆地的水量平衡。

现代海洋学背景
南中国海是西太平洋最大的边缘海（图1a），位于亚洲大陆和开阔的太平洋之间（Wang和Li，2009）。该盆地的地貌特征复杂，西北部和南部具有广阔的大陆架——尤其是巽他大陆架，同时中部是一个深邃的深渊平原，水深超过5000米（图1b）。SCS与周围海洋之间的水体交换和连通性……

岩芯采样与年代地层学
重力岩芯16ZBS11（117.6039°E，19.6408°N）是在2016年的“OPEN RESEARCH”科考期间从南中国海北部大陆坡3038米深处采集的。该岩芯位于SCSDW的主要通道上，该通道由太平洋深层水通过吕宋海峡流入（Qu等人，2006；图1a）。采集的沉积物主要为均匀的深灰色粘土质淤泥，没有明显的沉积间断（图……）

颗粒大小分布与沉积速率
岩芯16ZBS11的线性沉积速率（LSR）在冰期和间冰期之间表现出明显差异，平均值为约12厘米/千年，范围在6至23厘米/千年之间（图2i）。冰盛期的LSR峰值大约是全新世的四到六倍（Wang等人，2023；Zhao等人，2023）。沉积物主要由陆源淤泥和粘土组成，沙粒比例相对较低……

冰盛期（24,000至15,100年前）：由于太平洋深层水的侵入和AMOC的影响，深层水循环异常活跃
在冰盛期和最后一次冰消期的早期阶段（24,000至15,100年前），地点16ZBS11的????S?????S记录显示其值始终高于19 μm（图3f），表明在冰期期间深渊（约3038米）的SCSDW循环非常强烈。我们的发现与来自东沙坡（约1647–2439米）的记录高度一致，这些记录也显示冰盛期底层水流速度增强（Zheng等人，2016；Zhao……）

结论
总之，本研究利用南中国海深渊地区的????S?????S记录，重建了过去24,000年SCSDW的强度变化。通过结合水动力数据、区域海平面记录和太平洋水体代理指标，我们识别出深层环流的三阶段演变过程，突显了气候强迫与海平面驱动的通道控制之间的相互作用。关键的是，这些阶段之间的转变对应于两个关键转折点……

样品可用性
岩芯16ZBS11及剩余样品材料保存在海洋与边缘海地质重点实验室的岩芯与岩石存储库中，可根据请求联系相关作者获取。

作者贡献
研究构思和设计由XW、XG和ZC完成。数据收集由XW、ZC、JZ和HL完成。数据分析和结果解释由XW、XG、ZC、DN和GL完成。初稿撰写和编辑由XW、XG、DN和GL完成。所有作者均审阅了结果并批准了论文的最终版本。

作者贡献声明
Xuesong Wang：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、方法论、研究设计、数据管理、概念化。
Xun Gong：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、研究设计、资金获取、概念化。
Zhong Chen：撰写——审稿与编辑、资金获取、数据管理、概念化。
Jiong Zheng：撰写——审稿与编辑、软件应用、数据管理。
Hui Liu：撰写——审稿与编辑、可视化、软件应用、数据管理。

资助支持
本项工作得到了中国国家自然科学基金（项目编号42376032、42476068）、海南省海洋观测与信息重点实验室（项目编号HKLOOI-OF-2023-02）、海洋十年国际合作中心种子基金（项目编号GHZZ3702840002024020000022）以及济南科学技术局（项目编号202228034）的支持，同时还得到了齐鲁工业大学省级重点实验室建设重大科学研究项目的资助。

未引用参考文献
Lan等人，2012
Nan等人，2026
North Greenland Ice Core Project团队，2004
Thompson等人，2023
Trinh等人，2024
Wang等人，2014

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的研究。

致谢
我们感谢R/V SHIYAN 1号的船长、船员和船上科学团队。所研究的沉积岩芯是在2016年的“OPEN RESEARCH”科考期间采集的。同时，我们也感谢徐安涛博士和实验室技术员鲜慧萍提供的宝贵支持。感谢中国国家自然科学基金（NSFC）为沉积岩芯的采集提供了初步资金。我们还要感谢Jacek Raddatz博士的讨论，他的意见对改进论文质量起到了重要作用。