近日，南方科技大学海洋科学与工程系（简称“海洋系”）海洋磁学中心（Centre for Marine Magnetism, CM2）团队，通过对北太平洋地区的海洋沉积物风尘通量进行系统研究，对轨道尺度上北太平洋风尘通量变化机制提出新认识。相关成果以“Orbital Controls on North Pacific Dust Flux During the Late Quaternary ”（晚第四纪以来轨道调控北太平洋风尘通量变化机制）为题发表在地球科学领域权威期刊Geophysical Research Letters上。

地球系统是多圈层之间进行能量传递和物质交换的耦合体系。在地球系统中，风尘作为重要媒介，将岩石圈、大气圈和水圈紧密联系起来。风尘物质不仅可以指示沉积区的沉降环境，还携带了重要的环境信息，是联系海-陆耦合过程的重要纽带。

东亚地区作为世界上主要的沙尘源区，沙尘量大、扩散范围广。每年大约有600 Tg的粉尘释放到大气中，其中约30%被重新沉降到沙漠地区，20%被传输到中国内陆地区，而剩余的50%则远距离传输到下游的太平洋等地区。北太平洋风尘沉积受到多重因素影响，涵盖源区粉尘释放、粉尘搬运以及沉降模式等。一方面，温度与湿度直接影响地表风化从而决定沙尘的形成；另一方面，北半球西风带位置和强度的时空演化影响东亚与中亚地区夏季降水以及风尘输运路径与效率。

现代观测显示，全球变暖背景下，北半球西风带正在向北移动。而在轨道尺度上，北太平洋地区风尘记录表现冰期增强，间冰期减弱的变化。前人主要将其归因于亚洲内陆干旱化的增强。过去研究主要使用西风带主轴南部的沉积物，缺少对西风带北部沉积物，导致对北太平洋沉积区的粉尘释放、传输与沉降的全过程认识不够全面，特别是轨道时间尺度上西风带的动力学过程。

图1. 研究区域大气环流与降水分布格局；本文研究站位以及北太平洋对比研究站位

为了厘清北太平洋轨道尺度上风尘动力学过程，南方科技大学海洋磁学中心（CM2）刘青松讲席教授团队，联合自然资源部第一海洋所、南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）、比利时鲁汶大学、英国伦敦大学等国内外多家单位，重建了亚北极太平洋过去19万年来的风尘沉积变化（图1）。结合不同地球轨道配置下的数值模拟实验，该研究取得了以下新认识：

（1）重新评估环境磁学指标在北太平洋风尘研究中的可靠性。由于北太平洋风尘沉积指标往往受到火山岛弧的干扰，本文利用地球化学微量元素定量评估环境磁学赤铁矿与针铁矿通量指标的可靠性，为后期海洋磁学在风尘沉积中的应用提供重要的指标学约束。

（2）岁差调控风尘源区的湿度变化。沉积记录中赤铁矿与针铁矿的比值存在岁差主导的周期变化，指示了岁差驱动风尘源区风化条件的变化。数值模拟显示，岁差主导了中亚等沙尘源区的降水，从而决定了风化过程以及风尘的形成（图3）。

（3）地球倾角调控西风带的南北位移。沉积记录中赤铁矿与针铁矿相对含量的通量存在斜率主导的变化。这种变化与南部临近区域的记录呈现反相位特征（图2e 和g）。数值模拟显示，这种反相位的波动可能受斜率调控经向温度梯度变化以及西风带南北位移调控。

图2. 19万年平洋风尘与亚洲内陆降水记录集成

（a）中国三宝洞石笋氧同位素记录；（b）岁差指数；（c）基于黄土δ10Be和δ13C重建的东亚降水记录；（d）赤铁矿/(赤铁矿+针铁矿)比值及2.1万年滤波曲线；（e）赤铁矿与针铁矿相对含量与4.1万年滤波曲线；（f）LV63-4-2风尘通量及4.1和2.1万年滤波曲线；（g）V21-146的风尘记录和斜率指数；（h）模型输出的经向海表温度梯度变化；（i）LR04底栖氧同位素集成曲线及冰芯CO2记录。

图3. 基于AWI-ESM输出的年平均降水变化（a. 低岁差-高岁差; b. 低斜率-高斜率）。

本研究通过环境磁学与古气候模型有机结合，重建了北太平洋风尘动力学在高低纬气候系统的响应机制，为我们全面理解亚洲内陆风尘传输及其动力学过程提供了重要的地史记录和参考依据。

南方科技大学海洋科学与工程系研究副教授仲义为该论文的第一作者，讲席教授刘青松为通讯作者，南方海洋实验室杨虎首席研究员为共同通讯作者。南科大为论文第一单位。以上研究得到了国家自然科学基金（42274094, 92158208, 42261144739, 41976065, 42176066)，同济大学海洋地质国家重点实验室开放课题资助（MGK202209）。

论文链接：https://doi.org/10.1029/2023GL106631

供稿单位：海洋科学与工程系

通讯员：颜莎

主图：丘妍

编辑：任奕霏