在更新世中期过渡期间，太平洋深层环流保持稳定，但偶尔会出现强度增强的现象

《Global and Planetary Change》：Stable Pacific deep circulation punctuated by episodic intensification during the Mid-Pleistocene Transition

　　海洋深层环流变化与碳储存关系研究——基于太平洋西部边界流多站点鱼齿Neodymium同位素分析，揭示Mid-Pleistocene Transition期间北太平洋与南太平洋深层水εNd梯度下降，反映南极底层水北扩及深层水界面抬升，MIS 22时期出现显著环流异常，通过增强碳封存影响末次冰期旋回。

　　
本文聚焦于末次冰期过渡期（MPT，600万至1300万年）太平洋深层环流变化及其对碳循环的调控作用。研究团队通过获取三个深海钻孔（ODP 807、1208、1123）的化石鱼牙齿Neodymium同位素（εNd）记录，首次系统重建了太平洋西部边界深水流（DWBC）在米兰科维奇旋回（G-IG周期）中的时空演变特征。

在研究方法上，团队创新性地结合了现代海洋水 masses εNd特征（LCDW：-8至-5，UCDW：-7.5至-4，PDW：-4.5至-3）与地球化学模型（GNOM）模拟，有效区分了环流变化与非保守因素（如沉积物输入、粉尘沉降、火山活动等）的影响。通过对比表层沉积物与化石鱼牙齿的εNd值，发现后者受陆源输入干扰更小，成为解析深层环流变化的理想载体。特别针对ODP 1123站位，研究通过同步分析化石鱼牙齿与沉积物的εNd特征，证实该样品记录能准确反映深层海水组成，较传统钙质微体分析具有更高的分辨率。

研究发现揭示了太平洋环流在MPT期间的关键转变：冰川期北太平洋深层εNd值持续高于南太平洋，形成约1单位的稳定梯度差（ΔεNd），这与现代水 masses分布特征一致。但研究注意到在MIS 22阶段（约115万年前），三个站位均出现显著的正偏移（εNd值异常偏radiogenic），暗示该时期存在突发性的环流重组事件。通过排除粉尘输入（北太平洋区域粉尘贡献率<15%）、火山尘埃（ODP 1123站位未发现火山输入证据）及生物地球化学 scavenging 的影响，研究确认该异常主要源于SCW（南极底层水）的异常北扩，其携带的年轻高εNd值水体与LCDW（南极深水）形成混合，导致深层海水同位素组成改变。

该研究首次量化了太平洋深层环流对碳封存能力的调控机制。通过计算冰川期深层碳库通量变化，发现环流增强可使碳封存效率提升30%-50%。研究揭示PDW/LCDW界面在MIS 22期间发生显著 shoaling（水深收缩约100米），这直接导致深层水体与表层混合增强，促使更多大气CO2通过光合作用固定的碳进入深海，形成正反馈调节。这种环流-碳循环的耦合效应，为解释MPT期间冰期节奏转变提供了新的视角。

在方法论上，研究团队突破了传统εNd分析的两大局限：其一，通过建立现代水 masses εNd数据库（涵盖8个太平洋关键站位），精确校准不同水团的同位素指纹；其二，开发基于GNOM的动态校正模型，将非保守因素（如底流沉积、生物吸附等）对εNd的影响量化为±1.5单位的误差范围。这种"多站点对比+模型约束"的技术路线，使研究首次能够以区域尺度验证全球气候变化假说。

值得注意的是，研究通过引入 authigenic（自生矿物）与 detrital（碎屑矿物）εNd的分离分析，解决了长期存在的同位素记录解释难题。例如，在ODP 1123站位，通过对比 authigenic 赤铁矿的εNd值（-3.8至-3.2）与化石鱼牙齿记录（-4.1至-3.5），证实该区域深层海水确实存在周期性扰动，而非单纯陆源输入影响。

研究对MPT成因的再认识具有突破性：传统"危机叙事"强调大西洋环流崩溃导致碳循环失衡，而本研究证实太平洋深层环流在MPT期间同样经历显著调整。通过建立"北太平洋-南太平洋"εNd梯度变化的时空关联模型，发现当北太平洋环流强度增强时（表现为站点807 εNd持续偏高），其携带的年轻水体与南太平洋的LCDW形成更剧烈的混合，导致深层碳通量增加。这种双向调节机制可能解释了为何MIS 22等异常冷事件仍能维持相对稳定的米兰科维奇周期。

研究还揭示了太平洋碳泵的调节阈值：当PDW/LCDW界面 shoaling 至3000米以下时，深层水体与表层的碳交换速率下降40%-60%，这种"碳封存漏斗"效应可能成为冰期延续的关键机制。在MIS 23（约95万年前）的"假性间冰期"事件中，研究显示太平洋深层环流强度达到历史极值，导致碳封存效率提升至正常值的1.8倍，这种剧烈调整可能加速了冰期向间冰期过渡。

未来研究可拓展至以下几个方向：其一，结合多年代际δ13C记录，解析环流变化与生物泵效率的协同作用；其二，引入人工智能算法处理高分辨率εNd序列，识别更精细的环流波动信号；其三，开展跨洋对比研究，验证太平洋环流变化是否与印度洋/大西洋存在耦合响应。该成果为理解现代海洋环流对气候变化的响应机制提供了关键古气候学证据，对预测未来海洋碳汇能力具有重要启示。