深海铁锰结壳作为记录地球长期环境演化的独特“地质磁盘”，正不断为古海洋学研究带来新突破。近日，国际知名地学期刊《Quaternary Science Reviews》发表了我室袁伟副教授在深海铁锰结壳环境磁学研究领域的新进展，题为“Enhanced physical weathering and the onset of Northern Hemisphere glaciation: A rock magnetic record from South China Sea Fe-Mn crust”。该研究通过对南海海山铁锰结壳的高分辨率岩石磁学分析，重建了过去约500万年的环境磁学演化历史，提供了大陆物理风化在北半球冰盖增长（onset of NHG）期间增强的新证据。
磁性矿物是全球铁循环的关键示踪剂，也是沉积物古地磁信号的重要记录者。然而，海洋沉积环境中，尤其在边缘海，沉积物早期成岩作用往往会破坏原始沉积剩磁信号（如还原条件下的磁铁矿溶解和新的磁性矿物形成），使得沉积物的环境磁学古环境重建面临挑战。相比之下，“生长”于深海海山岩石上的水成型铁锰结壳，由于长期处于低温氧化环境，避开了还原性成岩作用的干扰。水成型铁锰结壳表面的微环境不仅为趋磁细菌提供了栖息地使其产生自生生物磁铁矿，还能忠实记录陆源河流、风成粉尘及火山碎屑等碎屑磁性矿物输入，因而成为研究古海洋与古气候演化的绝佳载体。
图1 南海海山铁锰结壳磁化率和一阶反转曲线随深度变化图
该研究对南海海山铁锰结壳样品开展了高分辨率的岩石磁学与环境磁学研究，揭示了磁性矿物组合演化的三个显著阶段（图1）：
（1）生物磁铁矿主导期（4.9–3.6 Ma）：磁化率（χ）保持低且稳定，铁锰结壳中的磁性载体主要为趋磁细菌产生的生物磁小体磁铁矿；
（2）陆源粗粒磁铁矿突增期（3.6–2.6 Ma）：磁化率急剧上升并在约2.6 Ma达到峰值，岩石磁学表明陆源多畴（MD）磁铁矿的输入量显著增加，并且与生物磁铁矿共存；
（3）生物磁铁矿恢复期（2.6 Ma至今）：随着陆源粗粒磁铁矿比例下降，磁化率逐渐降低；特别是在最近80万年，磁化率持续保持低位，生物磁铁矿重新占据主导地位。
图2 南海海山铁锰结壳环境磁学结果和其它记录对比
该研究发现的3.6–2.6 Ma期间南海陆源多畴（MD）磁铁矿激增，与晚上新世北半球冰盖增长启动（onset of NHG）的时间相吻合（图2）。NHG的启动引发了全球气候重组，可能增强了东亚夏季风（EASM）降水；强盛的东亚夏季风降水加剧了南海周边大陆源区（如河流上游高海拔地区）的物理侵蚀与风化作用，将大量新鲜的、富含Fe(II)的陆源多畴（MD）磁铁矿通过河流径流输送至南海（图2）。同时，这种由季风降雨驱动的侵蚀，还可能促进了大陆向海洋的生物可利用“铁肥”输送增强，进而刺激海洋浮游植物的勃发，可能有利于大气CO2的生物泵消耗与封存，进一步强化了上新世末的全球变冷趋势。
该研究不仅展示了深海铁锰结壳在环境磁学领域的研究潜力，也为理解“大陆风化-全球气候-海洋碳储存”之间的耦合关系提供了新线索。
我室袁伟副教授为论文的第一作者和通讯作者，合作者包括首都师范大学，南方科技大学和德国不莱梅大学的多位学者。该项研究得到国家自然科学基金的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2026.110117