中新世以来日本海古生产力演化及其与亚洲风尘输入的联系

The ocean productivity substantially controls the global carbon cycle, which has a far-reaching influence on the global climate. The modern observation and glacial-interglacial timescale research have shown that eolian dust input (especially eolian iron and silicon) could greatly promote the productivity in the ocean. However, the influence of long-term eolian dust input on the evolution of ocean productivity on tectonic time scale still needs investigation. The Japan Sea is one of the major sink of the Asian eolian dust, which is conducive to studying dust input and its biogeochemical effects. Based on the 275 m successive sediment core of high quality obtained from the Site U1430 in the southwestern Japan Sea in the IODP346 Expedition, this study plans to employ multiple geochemical analyses, including major and trace element, opal, organic carbon and nitrogen isotope and silicon isotope of diatoms, to reconstruct the redox condition and the primary productivity in the Japan Sea since the Miocene. Furthermore, combined with multi-environmental proxies, it aims to reveal the effects of long-term Asian eolian dust input on the ocean productivity, to construct the linkage between the paleoceanic productivity in the Japan Sea and the tectonic evolution of the East Asian continent and global carbon cycles, and then to explore the driving mechanism of global climate changes.

海洋生产力的演化在相当程度上控制着全球碳循环，对全球气候变化影响深远。现代观测和冰期-间冰期时间尺度研究都表明风尘输入（关键是风尘铁和硅）能够极大地促进大洋古生产力的繁盛，但构造时间尺度风尘长期输入对大洋生产力演化的影响仍缺乏探讨。日本海是亚洲粉尘的重要沉积汇，是研究风尘输入及其生物地球化学效应的理想海域。本课题拟利用国际综合大洋钻探IODP346航次在日本海西南部U1430站位钻取的275米高质量长岩芯为研究材料，通过常微量元素、生物硅、有机碳-氮同位素和硅藻硅同位素分析，重建中新世以来日本海古沉积环境和古生产力演化历史，综合多种环境变化指标，揭示在构造时间尺度上，亚洲风尘物质长期输入对日本海古生产力演化的影响，建立日本海古生产力演化与东亚大陆构造演变及全球碳循环之间的联系，进而深入探讨全球气候变化的驱动机制。

海洋生产力的演化在相当程度上控制着全球碳循环，对全球气候变化影响深远。现代观测和冰期-间冰期时间尺度研究都表明风尘输入（关键是风尘铁和硅）能够极大地促进大洋古生产力的繁盛，但构造时间尺度风尘长期输入对大洋生产力演化的影响仍缺乏探讨。日本海是亚洲粉尘的重要沉积汇，是研究风尘输入及其生物地球化学效应的理想海域。基于国际综合大洋钻探IODP 346航次在日本海U1425和U1430站位钻取的沉积岩芯样品，利用沉积学、元素地球化学和同位素地球化学等手段恢复了晚中新世11 Ma以来日本海古生产力和氧化还原状态演化历史。研究结果显示，晚上新世-早更新世时期，亚洲风尘输入与日本海初级生产力之间具有协同演化的关系。北半球冰盖扩张的驱动下亚洲内陆干旱加剧，日本海风尘铁输入增加，从而有效促进了初级生产力的提高。生物量产出的增加进一步促进了有机碳的埋藏，可能对同时期大气二氧化碳浓度的降低有一定的贡献。晚中新世以来生产力和水体氧化还原状态重建结果表明，~7.4 Ma日本海深层水体通风增强，并且与北太深层水的形成有关。在晚中新世全球气候变冷的背景下，赤道-两极温度梯度增大，使哈德雷环流圈收缩并增强，北半球中纬度风暴路径（温带气旋）南移，造成中纬度地区降水减少干旱程度加剧，从而使得北太平洋表层水体盐度增加，促进了深层水体的形成。