《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Redox-driven diagenetic impacts on sedimentary and magnetic records during late Pleistocene oceanographic evolution on the Ross Sea continental margin
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南极冰盖退缩与底水形成间的关系通过整合大陆架上升带沉积物的沉积学、地球化学及磁学记录得以揭示。研究识别出中晚布恩斯期（约250ka）红ox界面，显示还原相（磁赤铁矿溶解、锰 depletion）向氧化相（磁赤铁矿富集、锰富集）转变，与冰动力学驱动的水文变化耦合。相对古地磁强度与岩性结合构建了高精度晚更新世年代框架，证实冰-海洋系统相互作用对磁记录的干扰。红ox过程对磁学信号的影响机制及年代学工具适用性成为关键科学问题。
申智英（Ji Young Shin）| 李敏京（Min Kyung Lee）| 余永在（Yongjae Yu）| 崔顺基（Sun Ki Choi）| 洪正旭（Jong Kuk Hong）| 文善（Moon Son）| 朱英智（Young Ji Joo）
韩国釜山浦项国立大学可持续地球与环境动力学研究所（SEED），地址：365 Sinseon-ro, Nam-gu, Busan 48547，大韩民国
摘要
罗斯海边缘的沉积记录为了解南极冰盖动态、底层水形成过程以及海洋基底冰盖附近的沉积作用提供了关键线索。本文通过整合来自大陆坡沉积岩心的沉积学、地球化学和磁学数据，揭示了晚更新世的氧化还原状态演变，并建立了更为精确的年代框架。在布鲁恩斯期（Brunhes period）中后期，研究发现了明显的氧化还原状态转变：从还原条件（表现为古地磁信号的减弱、磁铁矿溶解以及锰元素的耗竭）转变为富集磁赤铁矿（maghemite）和含锰矿物的氧化环境。位于这一边界上的沉积特征反映了从靠近冰盖区域的沉积（以再搬运的陆架物质为主）向远离冰盖区域的沉积（以海洋有机质降解增强和底层水氧化改善为特征）的转变。尽管铁还原期需要进一步研究，但相对古地磁强度和岩层地层学数据为过去40万年的年代测定提供了可行的参考。根据这些数据，主要的地层和氧化还原重组事件发生在约25万年前，与罗斯海冰盖的大规模退缩时间相吻合。这些多指标研究结果表明，在冰盖扩张期间，磁铁矿的还原作用会显著改变南极冰缘附近的磁学记录。尽管如此，综合沉积磁学指标仍然是构建年代模型和重建过去氧化还原状态及冰冻圈-海洋系统变化的有效工具。
引言
南极冰架与海洋系统之间的相互作用被认为是影响冰盖稳定性的关键因素，对全球海平面上升具有深远影响（Garbe等人，2020年；Pattyn和Morlighem，2020年）。这种动态对西部南极冰盖（WAIS）尤为重要，因为该冰盖对海洋热输入极为敏感，进而导致基底融化及冰川前端后退（Joughin和Alley，2011年；Anderson等人，2014年）。此外，南极冰融水会干扰南极底层水（AABW）在其形成区域的形成，削弱全球温盐环流的关键组成部分（Jacobs等人，2002年；Jacobs，2004年）。在气候变暖的背景下，这种冰-海相互作用正在加速，对海洋环流和冰盖质量平衡产生连锁效应（Rintoul，2007年；Schmidtko等人，2014年；Silvano等人，2018年）。
南极冰缘周围的沉积记录是宝贵的古海洋学档案，有助于理解过去的冰盖变化，从而改进模型预测（例如，Scherer等人，1998年；Pollard和DeConto，2009年；McKay等人，2012年）。然而，由于用于同位素测年的钙质微化石（如有孔虫）较为稀少，从大陆边缘沉积物中重建详细历史颇具挑战性。在这种碳酸盐含量较低的环境中，基于过去地磁极性和场强变化的古地磁记录成为有效的独立年代学工具。先前的研究已成功从南极大陆边缘重建了沉积物的相对古地磁强度（RPI）记录，实现了比仅依赖地磁极性更高的第四纪晚期分辨率（例如，Macrì等人，2006年；Brachfeld等人，2013年；Channell等人，2019年；Bollen等人，2022年；Hopkins等人，2024年）。尽管取得了这些进展，但由于南极边缘动态沉积过程的影响，RPI方法仍存在复杂性问题（例如，Brachfeld和Banerjee，2000年；Channell等人，2019年）。
罗斯海作为最大的南极底层水来源区域之一，是研究西部南极冰盖对气候响应历史的关键地点（Anderson等人，2014年；Alley等人，2015年；McKay等人，2016年）。从其大陆架到大陆坡的沉积记录显示了沉积模式和生物生产力的轨道周期性变化（McKay等人，2012年；Kim等人，2020年；Bollen等人，2022年）。古地磁研究为大陆坡和大陆坡的年代地层学提供了有用信息，建立了可靠的更新世年代框架（Ohneiser等人，2019年；Bollen等人，2022年）。然而，尽管氧化还原状态变化对海洋条件和古地磁记录的准确性具有重要意义，但该区域对此方面的研究仍不够充分。例如，在氧化条件下发生的磁赤铁矿化作用是西部南极边缘的常见现象，可能会改变古地磁信号（Channell等人，2019年；Hillenbrand等人，2021年；Hopkins等人，2024年）。Reilly等人（2024年）进一步表明，深海沉积物中的硫化作用会将磁铁矿转化为磁黄铁矿，使年代地层学解释变得复杂。这些问题凸显了需要更好地理解南极冰海沉积物中的氧化还原状态，特别是在受冰缘动态影响的近岸区域。
本研究调查了罗斯海西部大陆坡晚更新世的沉积氧化还原演变过程，该区域的沉积环境受冰盖动态和底层水氧化状态的影响显著。通过整合沉积学、地球化学和磁学数据，我们探讨了氧化还原作用对古地磁和岩石磁学性质的影响及其与沉积特征之间的关联，并评估了RPI记录作为年代测定工具的适用性。通过这种多指标方法，建立了罗斯海边缘的改进年代框架，为理解南极边缘过去冰-海相互作用下的沉积磁学响应提供了更准确的约束。
研究地点
样品取自重力岩心RS15-GC44（南纬70°49.95′，东经174°43.94′；水深2392米；岩心长度596厘米）。该岩心由韩国极地研究所（KOPRI）在2014/2015年的ANA05B研究航次中从罗斯海西部Adare Trough以东的大陆坡采集（图1）。在罗斯海西部大陆边缘，向西流动的环极深层水（CDW）表现为一层厚、咸度高且氧气含量低的层（Orsi和Wiederwohl，2009年）。
岩性
岩心RS15-GC44由互层的粉质粘土和富含碎屑的泥质混杂岩组成（图2a）。岩心可分为两部分：上半部分（深度约300厘米以上）主要由棕灰色粉质粘土构成，其中夹杂着富含碎屑的混杂层和微层状的粉砂层；这些层的底部接触面大多呈渐变过渡。在83厘米至90厘米之间有一层富含碎屑的厚层，其粒度从沙粒逐渐过渡到砾石，表明沉积过程具有明显的层理特征。
磁学和地球化学指标的氧化还原敏感性变化
在西部南极边缘，由于氧化作用导致的磁赤铁矿的形成或保存已被广泛报道（例如，Channell等人，2019年；Hopkins等人，2024年）。因此，在深度超过400厘米的沉积物中，磁赤铁矿的存在表明整体处于氧化环境（图5）。在该深度以下，沉积物表现出细粒磁铁矿的减少、矫顽力的增加以及NRM方向和强度的相对不稳定（图3，图4），表明
结论
我们提供了来自罗斯海西部边缘的岩层地层学、地球化学和磁学综合数据，记录了晚更新世的沉积氧化还原状态和沉积环境变化。氧化还原敏感的磁学和地球化学指标分别指示了约360厘米和400厘米深度处的明显锰（Mn）和铁（Fe）氧化还原边界。较低深度的还原环境表现为锰元素的耗竭和磁铁矿的溶解，这显著减弱了磁学信号。
作者贡献声明
申智英（Ji Young Shin）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法论研究、调查、数据分析、概念化。李敏京（Min Kyung Lee）：撰写——审稿与编辑、资源协调、项目管理、调查、数据分析。余永在（Yongjae Yu）：撰写——审稿与编辑、数据验证、资源管理、调查、数据分析。崔顺基（Sun Ki Choi）：撰写——审稿与编辑、资源协调、调查、数据分析。洪正旭（Jong Kuk Hong）：
未引用参考文献
Ouyang等人，2014年
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）“硕士/博士生及博士后（LAMP）项目”的支持，该项目由教育部资助（项目编号RS-2023-00301702），同时得到了韩国政府（MSIT）的资助（项目编号2022R1A2C1004798），以及韩国极地研究所（KOPRI）的资助（项目编号PE25090）。
