2025年10月，国际知名地学期刊《Geophysical Research Letters》以“Toward Calibrating for Bottom Water Oxygenation Using Magnetofossils: New Insights From Southeast Atlantic and Northeast Pacific Surface Sediments》为题，发表了我室博士后薛鹏飞与合作者的最新研究成果。该研究通过南大西洋和北太平洋表层沉积样品的岩石磁学和电子显微系统分析，首次建立了纳米生物磁铁矿和海洋溶解氧之间的定量关系，开拓了一项新的古海洋溶解氧定量重建的指标方法。
准确估算过去海洋溶解氧含量对于理解全球气候变化的海洋响应至关重要，但目前重建海洋底层水氧含量（bottom water oxygen, BWO）的定量代用指标极为有限，特别是在缺乏碳酸盐保存、富氧的深海大洋区域，且不同指标都各有其局限性。趋磁细菌对周围的氧化还原环境极为敏感，矿化形成的生物磁铁矿可以将这一信息保存并记录，近年来利用生物磁铁矿重建海洋溶解氧的潜力越来越受到重视。然而，天然沉积物中的生物磁铁矿化石与BWO之间的定量关系，尚未得到充分确立。
图1. 该研究所采用的南大西洋（a-c）和北太平洋（d-f）表层沉积样品站位信息和区域现代海洋溶解氧分布
针对这一科学问题，研究团队选择南大西洋和北太平洋沿氧浓度梯度分布的海洋表层沉积样品（图1），开展了系统的岩石磁学（图2）和电子显微观测分析（图3），建立了生物磁铁矿宏观磁性特征和微观形貌特征与BWO之间的相关关系（图4）；进一步，结合地球化学分析，首次校准了天然沉积物中生物磁铁矿作为底层水氧含量代用指标的适用性。
结果表明：生物磁铁矿的微观形貌特征和宏观磁学特征与BWO含量（60–230 μmol/kg）呈线性相关。具体而言，当BWO含量上升，八面体生物磁铁矿的比例升高、子弹头型生物磁铁矿的比例降低，并伴随生物软磁组分（biogenic soft，BS）增加，反之亦然，证实生物磁铁矿化石可以作为量化全球古海洋溶解氧含量的有效代用指标。
图2. 南大西洋和北太平洋不同环境氧含量的代表性表层沉积样品的岩石磁学结果
图3. 南大西洋和北太平洋代表性表层沉积样品中生物磁铁矿形貌、结构、成分的电子显微观测结果
图4. 表层沉积物中生物磁铁与海洋溶解氧含量之间的相关关系
该论文第一作者为我室博士后薛鹏飞，通讯作者为北京大学地球与空间科学学院常燎研究员，合作者包括英国赫瑞瓦特大学Babette Hoogakker教授等。本研究受到了国家自然科学基金（重点项目和青年基金项目）和中国博士后基金等项目的共同资助。
GRL：https://doi.org/10.1029/2025GL118127