《南海陆源碎屑物质从源到汇的搬运过程》

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陆源碎屑物质的形成、搬运和沉积过程,是理解地球表层物质循环和全球气候变化的重要环节。

南海是西太平洋地区最大的边缘海,是全球接收陆源碎屑物质最多的半封闭海盆;南海同时还具有丰富的表层和深海洋流系统,保存完好的高沉积速率深海地层,使得南海成为全球开展陆源碎屑物质形成、从源到汇搬运过程、以及深海沉积动力过程研究的理想场所。该项目通过详细调查遍布南海海底和周边陆地河流样品的矿物学和地球化学组成,在南海建成全球先进的深海沉积动力过程观测系统,从深海原位观测的季节尺度、表层沉积样品指示的百年尺度、以及深海岩芯揭示的第四纪万年尺度等多时间尺度变化过程,研究南海陆源碎屑物质从源到汇搬运过程及其控制机理,取得原创性的研究成果。该项目所属海洋科学学科。

项目取得四个方面的重要科学发现:

(1)揭示东亚季风是南海周边陆源碎屑物质化学风化形成作用的最重要驱动因素。提出东亚季风温暖潮湿的气候条件是控制南海区域地表化学风化作用的一级驱动因素,构造活动由于会加快地表岩石机械剥蚀、减少化学风化作用时间成为次级驱动因素,而岩石性质特别是中基性火山岩在季风气候影响减弱时对岩石风化过程起到重要作用。

(2)发现等深流和中尺度涡对南海深海陆源碎屑物质的远距离搬运起到最关键作用。南海深海洋流搬运物质过程的原位观测,第一次定义深海等深流的速度结构及其季节性变化,发现海表生成的中尺度涡能够穿透数千米水层,与等深流一起共同对南海深海沉积物远距离搬运起到关键作用。

(3)发现台湾是南海北部晚第四纪以来深海陆源碎屑物质最重要的物源区。运用粘土矿物及其钕同位素组成,识别出台湾、吕宋和华南是南海北部接近理想状态的物源区端元,进而通过高分辨率分析定量恢复物源区供给的时间序列变化,发现台湾在晚第四纪以来给南海深海供给沉积物维持在40-60%,是南海深海陆源碎屑物质最重要的物源区。

(4)提出粘土矿物比值“蒙脱石/(伊利石+绿泥石)”作为南海第四纪东亚季风演化的沉积学替代指标。揭示蒙脱石主要形成于周边岛屿火山岩的快速化学风化作用,记录了同时期的东亚夏季风气候条件;伊利石和绿泥石形成于周边陆地和岛屿的机械剥蚀作用,提出蒙脱石/(伊利石+绿泥石)比值是南海第四纪东亚季风演化的良好指标,显示东亚夏季风演化具有岁差周期的热带驱动特征。

项目研究成果先后在国内外刊物发表52篇学术论文、专著1部,其中SCI收录论文36篇。代表性论文(8篇)总被引用847次,其中:他引627次,SCI他引399次。该项目揭示南海陆源碎屑物质从周边陆地化学风化形成作用、深海洋流远距离搬运作用、物源区碎屑物质供给定量研究、以及指示第四纪东亚季风演化等源汇过程及控制机理,促使南海成为国际该领域研究程度最高的边缘海。研究成果引起国际国内学术界广泛兴趣,并受到积极评价,突显南海作为深海过程研究的最佳天然实验室,对促成中国深海科学的跨越式发展具有重要意义。

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