全新世和末次盛冰期赤道及南太平洋深层环流的沉积CaCO3约束机制

本文通过建立CaCO3积累模型，首次揭示南太平洋现代深层水团分布控制表层沉积物CaCO3含量（wt%CaCO3）垂直剖面的规律，并发现末次盛冰期（LGM）赤道东太平洋（EEP）存在CaCO3保存增强现象。研究为利用wt%CaCO3反演古海洋环流与碳循环（如LCDW水团迁移）提供了新范式，填补了太平洋碳储库演化机制的关键空白。

　　

亮点

南太平洋沉积物wt%CaCO₃垂直剖面首次被证实受现代深层水团分布控制。末次盛冰期（LGM）数据显示，赤道东太平洋（EEP）出现CaCO₃保存增强，而中太平洋未发现类似现象。这表明LGM期间赤道东西太平洋深层水团分布存在显著差异——与现今相比，冰期赤道东太平洋获得了更多低层绕极深层水（LCDW）。

研究区域

我们的研究区域横跨20°N至45°S、145°E至70°W，涵盖赤道太平洋和部分南太平洋（图1）。马尼希基海台、土阿莫土群岛等地质构造将南太平洋与中太平洋盆地、赤道东太平洋和副热带东南太平洋盆地分隔。东太平洋海隆进一步形成东、西太平洋的边界。

表层沉积物wt%CaCO₃的深度剖面

在四个远洋研究区域中，wt%CaCO₃在约3000米以浅保持稳定（85%±10%），3000米以深则逐渐降低（图1b-d）。中太平洋盆地（图1c）和赤道东太平洋（图1d）的CaCO₃溶解起始深度均为3000米，而副热带东南太平洋（图1e）更浅。值得注意的是，在赤道东太平洋4500米以深的沉积物中仍能检测到CaCO₃保存。

控制表层沉积物CaCO₃埋藏的因素

南太平洋沉积物wt%CaCO₃的下降深度大于其他区域（图2），这与深层水[CO₃^2?]从南向北递减的趋势一致（图S2a）。当LCDW向北太平洋输送时，其与上层绕极深层水（UCDW）和北太平洋深层水（NPDW）混合，导致底层水碳酸盐饱和度降低，同时有机质呼吸作用增强。

结论

五大盆地的wt%CaCO₃数据揭示了全新世深层环流和CaCO₃生产力对碳酸盐分布的影响。位于太平洋翻转环流上游的南太平洋因碳酸盐饱和度较高，其CSD（碳酸盐饱和深度）深于中太平洋、副热带东南太平洋和赤道东太平洋。但西南太平洋的CCD（碳酸盐补偿深度）比赤道东太平洋浅700米，这可能是由于南极中层水（AAIW）输入增强了碳酸盐溶解通量。