近日，Nature Index期刊Geochimica et Cosmochimica Acta在线发表了由中国科学院海洋研究所牵头，联合中南大学、法国巴黎萨克雷大学、法国海洋开发研究院、伦敦大学学院等团队完成的综述论文。该研究创新性地将边缘海海水钕同位素应用于大陆风化输入历史的追溯，系统揭示了其在季节、千年、轨道及百万年时间尺度上对大陆风化输入的响应特征，构建了晚始新世以来喜马拉雅风化历史的完整演化框架，为理解构造运动、气候变化与大陆风化的深层联系提供了新途径。

在百万年时间尺度上，硅酸盐风化通过消耗大气CO₂成为驱动气候变化与碳循环的关键过程。新生代以来，“隆升-风化”假说提出板块碰撞导致大陆高原隆升，进而促进大陆风化并消耗大气CO₂，可能引发全球气候变冷。这一假说虽被视为新生代气候变冷机制研究的重要突破，但仍存在诸多争议。例如，尽管证据支持青藏高原隆升导致风化增强，但其碳循环平衡机制尚未明确；构造稳定区响应气候变冷、通过负反馈降低大气CO₂浓度的理论框架，也缺乏沉积记录验证。此外，模拟显示热带岛弧风化对新生代气候变冷的贡献远超预期，但其地质演变与气候效应仍不清晰。准确重建局部区域风化输入通量演变，成为检验上述猜想的关键，但现有指标和记录难以有效解决这一问题。

图1 海水钕元素的来源及其控制机制示意图

传统硅酸盐风化指标（如矿物/元素组成）仅能表征风化强度，无法重建输入通量变化；而海水溶解态锶、锇、锂等元素虽主要源自陆地风化，但其同位素比值受全球混合影响，停留时间远超海洋水团混合周期（约1000年），导致新生代记录反映的是全球陆地风化的混合结果，无法精确重建局部区域输入通量。相比之下，钕元素在海洋中的滞留时间仅约600年，短于水团混合周期，使其同位素分布具有空间异质性。这种异质性主要受控于邻近局部地表风化输入通量变化，且钕同位素对生物过程不敏感，输入组成不受粒度效应或风化强度显著影响。因此，受陆源输入强烈影响的边缘海区海水钕同位素组成，成为追溯大陆风化输入的理想示踪剂。

图2 千年和轨道时间尺度北印度洋海水钕同位素记录对比

基于此，研究以孟加拉湾为验证场，通过分析恒河-布拉马普特拉河系统季节性风化输入（εNd组成：-18至-14）与印度洋水团（εNd值：-9至-7）的混合特征，揭示了季风降水驱动的风化输入通量变化。现代海水εNd值显示明显纬度梯度，6月样品比11月样品更富放射性，清晰反映了季节性风化输入差异。在千年时间尺度上，尽管冷事件期间εNd值略偏放射性，但整体变率不显著；而在轨道时间尺度上，孟加拉湾海水εNd值呈现显著的冰期－间冰期变化，间冰期（如MIS 1和5阶段）为非放射性（εNd约-10至-12），冰期为偏放射性（εNd约-7至-8），区域变化达2~5 εNd单位，与南亚夏季风强度变化同步。

图3 晚始新世以来北印度洋海水钕与锶、锂同位素记录对比及其定量重建的南亚大陆风化输入演变

在百万年尺度上，孟加拉湾海水εNd值自晚始新世（约-7）至现今（-10）呈长期降低趋势，揭示了晚新生代青藏高原隆升导致的南亚大陆风化输入持续增强。基于现代季节性风化输入与海水钕同位素绝对值的关系，研究首次实现了过去风化输入的定量评估：喜马拉雅风化输入自晚渐新世（2500万年前）逐渐增加，中新世中期（1500万年前）达现代水平的一半，经约700万年稳定期后，自晚中新世（800万年前）快速上升，至晚更新世达到现代水平。

除孟加拉湾外，边缘海海水钕同位素记录追溯区域风化输入的方法已成功应用于南海和东印度洋。未来仍需在更多边缘海获取海水钕同位素记录，以解决区域风化输入的差异性演化问题，并进一步研究矿物分异、早期成岩作用、沉积速率及氧化还原条件对边界交换和底栖通量的影响。

论文第一作者为中国科学院海洋研究所于兆杰研究员，共同通讯作者为万世明研究员和法国巴黎萨克雷大学Christophe Colin教授，合作者包括海洋所宋泽华、康晓莹和靳华龙，中南大学黄怡，法国海洋开发研究院Germain Bayon、伦敦大学学院David J. Wilson博士。该研究得到了国家和山东省自然科学基金等项目支持。

论文信息：

Yu, Z., Song, Z., Tang, X., Wilson, D.J., Bayon, G., Huang, Y., Kang, X., Jin, H., Wan, S.*, Colin, C.*, 2025. Neodymium isotopes in marginal seawater trace continental weathering inputs. Geochimica et Cosmochimica Acta.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001670372500674X#ab005