Abstrak
Pelapukan kimia batuan silikat Bumi mengatur iklim global. Namun, peran pasti pelapukan benua dengan bangunan orogenik dan pelapukan busur pulau dengan tumbukan busur-benua masih belum jelas. Di sini, kami membuat catatan komposisi isotop neodymium air laut ( ε Nd ) untuk Laut Cina Selatan (SCS) utara sejak 28 Ma, yang diambil dari foraminifera planktonik di Situs Program Penemuan Laut Internasional U1501. Hubungan SCS yang semakin dibatasi dari Samudra Pasifik dan masukan pelapukan yang meningkat dari Benua Asia Timur sesuai dengan tren unradiogenik dari catatan ε Nd antara 17 dan 9 Ma. Tren radiogenik dari catatan ε Nd sejak 9 Ma dapat disebabkan oleh peningkatan masukan pelapukan busur pulau tropis dalam konteks tumbukan Busur Luzon-Benua Eurasia, yang mengakibatkan konsumsi CO 2 atmosfer yang signifikan . Studi ini menyoroti bahwa peningkatan pelapukan busur pulau tropis berpotensi berkontribusi signifikan terhadap pendinginan global sejak akhir Miosen.
Poin-poin Utama
- Rekaman isotop Nd foraminifera planktonik pertama di Laut Cina Selatan sejak akhir Oligosen telah ditetapkan
- Peningkatan masukan pelapukan dari Benua Asia menyebabkan tren nonradiogenik dari rekaman ε Nd antara 17 dan 9 juta tahun lalu.
- Tren radiogenik ε Nd sejak 9 juta tahun lalu mengindikasikan peningkatan pelapukan busur pulau tropis akibat tumbukan Busur Luzon-Benua Eurasia
Ringkasan Bahasa Sederhana
Pelapukan silikat di benua dan busur pulau merupakan proses utama yang memengaruhi iklim Bumi melalui penghilangan CO 2 dari atmosfer. Akan tetapi, peran pasti kedua sistem pelapukan ini selama periode geologi yang berbeda masih kurang dipahami. Studi ini menyajikan catatan isotop neodymium air laut baru di Laut Cina Selatan (SCS) utara sejak 28 juta tahun lalu. Jejak air laut ini dapat memeriksa evolusi masukan pelapukan dari batuan benua Asia Timur dan busur pulau vulkanik tropis yang telah memengaruhi SCS utara sejak akhir Oligosen. Antara 17 dan 9 juta tahun lalu, tren nonradiogenik dari nilai ε Nd menunjukkan isolasi bertahap cekungan SCS dan peningkatan masukan pelapukan dari Benua Asia Timur. Sebaliknya, tren yang lebih radiogenik dalam nilai ε Nd sejak 9 juta tahun lalu, sesuai dengan tumbukan Busur Luzon dan Benua Eurasia selama periode ini, yang menyebabkan pelapukan cepat busur pulau tropis. Pelapukan yang meningkat pada busur pulau tropis dapat meningkatkan konsumsi CO 2 , yang berpotensi berkontribusi pada pendinginan global. Temuan ini menyoroti peran penting busur pulau vulkanik tropis dalam pengaturan iklim dan memberikan wawasan baru tentang bagaimana evolusi tektonik telah membentuk komposisi isotop Nd air laut di cekungan SCS yang dalam.
1 Pendahuluan
Tren pendinginan Bumi selama Kenozoikum terutama dikaitkan dengan beberapa proses utama: berkurangnya pelepasan gas vulkanik (Herbert et al., 2022 ), penguburan karbon organik di tepi benua (Galy et al., 2007 ), dan peningkatan pelapukan silikat di Himalaya dan Dataran Tinggi Tibet, yang menyerap karbon dioksida (CO 2 ) melalui presipitasi karbonat di lautan (Raymo & Ruddiman, 1992 ; Song et al., 2023 ). Baru-baru ini, telah dihipotesiskan bahwa tumbukan busur-benua di daerah tropis dapat bertanggung jawab atas penipisan CO 2 dan glasiasi dengan cepat menggali dan mengikis batuan mafik dan ultramafik di dalam busur pulau vulkanik besar (Bayon et al., 2023 ; Jagoutz et al., 2016 ; Macdonald et al., 2019 ). Namun, proses pelapukan silikat yang disebabkan oleh terangkatnya busur pulau vulkanik dan Dataran Tinggi Himalaya-Tibet belum tercatat secara independen di area tertentu (Jagoutz et al., 2016 ), sebuah fakta yang menghalangi kita untuk mengidentifikasi peran dominan busur vulkanik dan batuan benua kerak dalam pelapukan ke lautan, terutama sejak akhir Kenozoikum.
Komposisi isotop neodymium terlarut ( 143 Nd/ 144 Nd) air laut, dinyatakan sebagai ε Nd , tidak homogen di lautan karena waktu tinggalnya (∼500–1.000 tahun) (Siddall et al., 2008 ; Tachikawa et al., 2003 ) lebih pendek daripada waktu pencampuran rata-rata lautan global (∼1.500 tahun) (Piepgras & Wasserburg, 1982 ). Catatan ε Nd air laut dianggap sebagai pelacak kuasi-konservatif untuk sidik jari evolusi massa air dalam yang dicirikan oleh komposisi isotop yang berbeda di masa lalu geologis (misalnya, Colin et al., 2019 ; Dubois-Dauphin et al., 2017 ; Piepgras & Wasserburg, 1982 ). Namun, nilai ε Nd dari massa air juga dapat dimodifikasi oleh pembuangan air tawar dan sedimen dari sungai (Burton & Vance, 2000 ; Yu et al., 2017 ), oleh “pertukaran batas” yang sesuai dengan pertukaran Nd antara massa air dan sedimen yang diendapkan di tepi samudra (Jeandel et al., 2007 ; Lacan & Jeandel, 2005 ; Lacan et al., 2012 ), dan/atau fluks bentik dari air pori di area samudra tertentu (Abbott et al., 2015 ). Proses-proses ini khususnya terlihat jelas di laut marginal di bawah pengaruh masukan sedimen besar, seperti di Teluk Benggala (Singh et al., 2012 ; Song et al., 2023 ; Yu et al., 2017 ) dan Laut Cina Selatan (SCS) (Wu et al., 2017 ).
Pada masa kini, SCS adalah laut marjinal semi-tertutup yang terhubung ke Samudra Pasifik barat melalui Selat Luzon pada kedalaman ambang modern ∼2.400 m, yang merupakan satu-satunya jalur bagi massa air dalam Samudra Pasifik (North Pacific Deep Water, NPDW; Upper and Lower Circumpolar Deep Water, UCDW dan LCDW) untuk memasuki SCS (Qu et al., 2006 ; Wyrtki, 1961 ). SCS menerima sejumlah besar sedimen tersuspensi (sekitar 700 juta ton per tahun) dari cekungan drainase di sekitarnya (misalnya, Sungai Pearl, Sungai Merah dan Sungai Mekong), yang mewakili 3,7% dari estimasi pembuangan sedimen fluvial global ke lautan dunia (Milliman & Farnsworth, 2011 ). Mengingat nilai ε Nd dari sedimen sungai tersebut jauh lebih tidak bersifat radiogenik ( nilai ε Nd dari −13 hingga −11) (Wei et al., 2012 ) daripada nilai ε Nd dari massa air dalam Samudra Pasifik yang memasuki SCS melalui Selat Luzon ( nilai ε Nd dari −4 hingga −2,5 untuk NPDW; nilai ε Nd dari −9 hingga −6 untuk LCDW/UCDW) (Amakawa et al., 2019 ; Wu et al., 2015 ), SCS merupakan latar yang ideal untuk mengevaluasi pengaruh masukan Nd litogenik dari sungai-sungai besar di Asia tersebut. Selain itu, ε Nd air laut telah dikenali sebagai pelacak sensitif pelapukan busur pulau vulkanik dan pelarutan parsial partikel vulkanogenik, yang keduanya dicirikan oleh komposisi isotop Nd radiogenik (Bayon et al., 2023 ; Wu et al., 2017 ). Sinyal-sinyal ini dengan nilai ε Nd yang lebih radiogenik dari pelapukan busur pulau vulkanik: nilai ε Nd dari +2 hingga +8 untuk batuan vulkanik di Kepulauan Filipina (Sajona et al., 2000 ; Solidum et al., 2003 ); nilai ε Nd dari +6,5 hingga +7,1 untuk sedimen sungai di Pulau Luzon (Goldstein & Jacobsen, 1988 ) dan nilai ε Nd dari -3,7 hingga +5,3 untuk sedimen di lepas pantai Busur Filipina selatan di Pasifik barat (Wei et al., 2012 ). Sedimen ini dapat diangkut ke cekungan SCS yang dalam oleh intrusi Pacific Deep Water (PDW) (Wu et al., 2017 ).
Nilai ε Nd foraminifera planktonik telah terbukti mencerminkan komposisi isotop Nd dari air dasar dan/atau air pori daripada air laut sekitar pada kedalaman kalsifikasi, karena unsur Nd terutama diinangi dan dikonsentrasikan oleh lapisan oksida hidroksida Fe-Mn yang terbentuk setelah pengendapan di antarmuka sedimen-air laut (Piotrowski et al., 2012 ; Tachikawa et al., 2014 ). Lebih jauh lagi, sinyal ε Nd mencerminkan masukan pelapukan terintegrasi dan merepresentasikan fluks denudasi yang mengintegrasikan proses erosi fisik dan pelapukan kimia (Bayon et al., 2023 ; Yu et al., 2018 ). Dalam studi ini, kami menganalisis nilai ε Nd dari foraminifera planktonik campuran dari Situs U1501 International Ocean Discovery Program (IODP), yang terletak di tepi utara SCS, untuk menetapkan komposisi isotop Nd masa lalu dari air dalam dan evolusi jangka panjang masukan pelapukan. Secara keseluruhan, hasil baru kami memungkinkan untuk menilai kontribusi relatif dari benua kerak (yaitu, Benua Asia Timur) dan busur pulau Pasifik barat terhadap masukan pelapukan, yang terkait erat dengan evolusi tektonik regional dari waktu ke waktu.
2 Bahan dan Metode
Pengeboran di Situs IODP U1501 (18°53.09′N, 115°45.95′E, kedalaman air 2.846 m; Gambar 1 ) di SCS utara telah memulihkan catatan sedimen laut dalam yang berkelanjutan dari erosi terestrial di Cina Selatan sejak Eosen (Jian et al., 2018 , 2019 ; Jin et al., 2022 ). Model usia untuk Situs U1501 telah ditetapkan dengan baik menggunakan data biostratigrafi (nanofossil berkapur dan foraminifera planktonik), data magnetostratigrafi dan rasio 87 Sr/ 86 Sr dari cangkang foraminifera (Gambar 2 ) (Jian et al., 2018 , 2019 ). Untuk penelitian ini, kami menyelidiki 300 mbsf teratas (meter di bawah dasar laut) dari urutan sedimen selama 28 juta tahun terakhir.
Sekitar 30 mg foraminifera planktonik spesies campuran yang terawetkan dengan baik diukur dari 68 sampel di laboratorium Géosciences Paris – Saclay di Universitas Paris – Saclay . Setelah pembersihan dan pelindian asam lemah, kami mengikuti metode yang diuraikan oleh Copard et al. ( 2010 ) untuk pemurnian Nd. Rasio 143 Nd/ 144 Nd dianalisis menggunakan Thermo Fisher Neptune Plus Multi–collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (MC–ICP–MS) yang diselenggarakan di Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE) , Prancis. Selama sesi analitis, setiap tiga sampel dikurung menggunakan larutan standar JNdi–1 Nd (Tanaka et al., 2000 ) (Rincian disajikan dalam Teks S2 di Informasi Pendukung S1 ).
3 Hasil
Nilai ε Nd yang diperoleh dari sampel foraminifera planktonik campuran yang dikumpulkan dari Situs U1501 menunjukkan variasi besar, dengan amplitudo sekitar 3,6 unit epsilon (berkisar dari −8,3 ± 0,17 hingga −4,7 ± 0,15) sejak 28 Ma (Gambar 2 dan Set Data S1 ). Variasi jangka panjang dalam rekaman ε Nd foraminifera mengungkapkan ekskursi awal menuju nilai ε Nd yang kurang radiogenik sekitar dua unit epsilon sekitar 28 dan 26 Ma. Pergeseran ini diikuti oleh pergeseran negatif yang bertahan lama dalam nilai ε Nd , bertahan dari 26 hingga 17 Ma (sedikit turun ke nilai yang lebih rendah mencapai −7,6) dan kemudian dari 17 hingga 9 Ma (turun tajam ke nilai yang lebih rendah mencapai −8,3). Sebaliknya, setelah 9 Ma, rekaman ε Nd menuju nilai yang lebih radiogenik lebih dari tiga unit epsilon (Gambar 2 ). Khususnya, amplitudo variasi ε Nd menjadi lebih jelas antara 9 dan 3 Ma, ditandai dengan puncak nilai yang semakin radiogenik (Gambar 2 ). Rekaman ε Nd gigi ikan dari Situs U1499 (Shu et al., 2024 ) dan 1148 (Ma et al., 2018 ), keduanya terletak dekat dengan Situs U1501, menunjukkan rentang yang sama dengan yang ada di Situs U1501 antara 27 dan 10 Ma (Gambar 3c ), yang menunjukkan bahwa nilai ε Nd di Situs U1501 secara andal mencerminkan sinyal air dasar lokal.
4 Diskusi
Komposisi isotop Nd foraminifera di Situs U1501 ( nilai ε Nd dari −8,3 hingga −4,7) menunjukkan campuran sinyal dari Nd litogenik yang berasal dari sedimen sungai di sekitar SCS ( nilai ε Nd , −13 hingga −11) dan massa PDW yang terintrusi, NPDW ( nilai ε Nd dari −4 hingga −2,5) dan UCDW dan/atau LCDW ( nilai ε Nd dari −9 hingga −6) (Gambar 1 ) (Kawabe & Fujio, 2010 ; Wu et al., 2017 ). Oleh karena itu, variasi jangka panjang dalam nilai ε Nd foraminifera di Situs U1501 selama 28 Ma terakhir mungkin disebabkan oleh (a) perubahan besar dalam asal sedimen karena reorganisasi sistem sungai utama Asia; (b) perubahan ε Nd massa air dalam dari Samudra Pasifik; dan (c) variasi kontribusi relatif masukan Nd litogenik dari batuan kerak yang terletak di tepi barat SCS dan dari batuan basal busur kepulauan di sepanjang tepi timur SCS. Hal ini dapat memberikan petunjuk penting untuk mengevaluasi dan membahas reorganisasi sirkulasi air dalam di Pasifik, dan yang lebih penting, masukan pelapukan silikat dari Benua Asia Timur dan busur kepulauan sejak akhir Oligosen.
Sumber sedimen terrarium di SCS barat laut telah dibatasi dengan baik oleh studi sebelumnya, yang menunjukkan bahwa sedimen tersebut sebagian besar berasal dari Cina Selatan melalui Sungai Pearl sejak akhir Oligosen (Clift et al., 2002 ; Wan et al., 2007 ). Sebuah studi baru-baru ini berdasarkan mineral lempung dan komposisi isotop Sr–Nd dari sedimen seukuran lempung dari Situs U1501 mengonfirmasi sumber sedimen yang konsisten yang sebagian besar berasal dari cekungan Sungai Pearl sejak 30 juta tahun lalu, didorong oleh pengangkatan Dataran Tinggi Tibet Tenggara (Jin et al., 2022 ). Oleh karena itu, catatan foraminifera ε Nd tidak dapat dikaitkan dengan perubahan apa pun dalam asal-usul sedimen detrital.
4.1 Dampak Perubahan Nilai ε Nd pada PDW dan Pertukaran Hidrologi dengan Samudra Pasifik
Kami menghimpun rasio isotop Nd air laut yang tersedia dari calon anggota akhir (lokasi situs dan referensi ditunjukkan pada Gambar 1 ; catatan disajikan pada Gambar S1 dalam Informasi Pendukung S1 ) untuk mengevaluasi dampak massa air yang terendam. Catatan ε Nd air laut dari anggota akhir Samudra Selatan lintang tinggi menunjukkan tren yang relatif stabil sejak Oligosen akhir (Gambar S1 dalam Informasi Pendukung S1 ). Sebaliknya, catatan ε Nd air laut dari Samudra Pasifik utara-khatulistiwa menunjukkan tren peningkatan keseluruhan sebesar ∼4 unit ε Nd antara 20 dan 4 Ma, yang diakibatkan oleh peningkatan aktivitas vulkanik, erosi cepat busur pulau radiogenik dan/atau berkurangnya masuknya massa air dalam nonradiogenik dari Samudra Hindia (Gambar 3c dan Gambar S1 dalam Informasi Pendukung S1 ) (Bayon et al., 2023 ; Frank et al., 2002 ; Kender et al., 2018 ; Le Houedec et al., 2016 ; Ling et al., 1997 ; van de Flierdt et al., 2004 ).
Ada pergeseran yang jelas dan konsisten antara rekaman ε Nd dari Situs U1501 dan anggota akhir Samudra Pasifik utara-khatulistiwa sebelum 17 Ma (Gambar 3c ). Antara 17 dan 9 Ma, rekaman ε Nd air laut dari Situs U1501 dan anggota akhir Pasifik utara-khatulistiwa menunjukkan variasi yang jelas dan hampir berlawanan (Gambar 3c ). Tren non-radiogenik ini selanjutnya dikuatkan oleh nilai ε Nd dari gigi ikan fosil di Situs U1499 (kedalaman air 3.758 m), yang menunjukkan pergeseran ∼3 unit epsilon antara 17 dan 10 Ma (Gambar 3c ) (Shu et al., 2024 ). Perbandingan data MAR terrigenus antara Situs U1501 dan U1499 mengungkapkan pola yang stabil, dengan nilai yang terus-menerus lebih tinggi di Situs U1501 antara 17 dan 11 Ma (Gambar S2 dalam Informasi Pendukung S1 ). Ini menunjukkan bahwa Situs U1501 dengan air yang lebih dangkal lebih kuat dipengaruhi oleh sedimen dari masukan benua, yang dicirikan oleh nilai ε Nd yang tidak radiogenik , selama periode ini. Sebaliknya, nilai ε Nd di Situs U1499 menunjukkan tren yang lebih tidak radiogenik selama periode yang sama (Gambar 3c ). Tren yang tidak radiogenik di Situs U1499 ini telah dikaitkan dengan penurunan dan pendalaman cekungan SCS, yang memungkinkan lebih banyak invasi LCDW (kedalaman rata-rata ∼4.000 m, rata-rata ε Nd −6,4) relatif terhadap UCDW (kedalaman rata-rata ∼2.800 m, rata-rata ε Nd −4,5) setelah 15 Ma (Shu et al., 2024 ). Namun, Situs U1501 mengalami transisi bertahap dari lereng atas paparan terluar (kedalaman air <1.000 m) selama Oligosen awal ke lereng bawah (∼2.500 m) pada 28‒24 juta tahun lalu, yang akhirnya mencapai kedalaman modernnya (∼2.846 m) (Jian et al., 2019 ). Mengingat kedalamannya yang lebih dangkal, Situs U1501 sebagian besar dipengaruhi oleh aliran masuk UCDW dari Pasifik, dengan hampir tidak ada kontribusi dari LCDW. Oleh karena itu, perbedaan dalam struktur vertikal kolom air, yang terdapat di Situs U1501 dan U1499, menjelaskan pergeseran nilai ε Nd antara kedua situs tersebut.
Pada akhir Oligosen dan awal Miosen, cekungan SCS yang dalam menyebar dan sebagian besar terbuka ke Samudra Pasifik melalui selat dalam yang besar (Gambar 3e ) (Hall, 2002 ; Huang et al., 2018 ). Dalam konfigurasi seperti itu, pertukaran massa air dalam antara Samudra Pasifik dan SCS kuat (Gambar 3e ). Dengan demikian, variasi dalam catatan ε Nd dari Situs U1501 sebelum 17 Ma menunjukkan fluktuasi kecil, mirip dengan anggota akhir Samudra Pasifik utara-khatulistiwa, dengan sedikit pergeseran ε Nd negatif karena kedekatan sungai-sungai besar Asia (Gambar 3c ).
Namun, cekungan SCS selanjutnya menjadi semakin terbatas sejak Miosen tengah (Chen et al., 2015 ), dengan berkurangnya intrusi massa air dari Samudra Pasifik sebagai akibat dari (a) subduksi litosfer samudra SCS ke arah timur di bawah Cekungan Huatung/Lempeng Laut Filipina pada ∼18‒17 Ma dan; (b) perkembangan penghalang tektonik-morfologi, termasuk prisma akresi Hengchun Ridge, prisma akresi Taiwan, dan Busur Luzon Utara pada ∼17‒16 Ma (Gambar 3d ) (Huang et al., 2018 ). Isolasi cekungan SCS yang dalam dari Samudra Pasifik ini telah diakui sebagai faktor utama yang mengendalikan penipisan δ 13 C bentik di SCS relatif terhadap Samudra Pasifik sejak 16 Ma (Gambar 3b ) (Chen et al., 2015 ). Selain itu, rekonstruksi MAR terrarigenous di Situs U1501, fluks massa berdasarkan catatan tumpukan dan data seismik untuk SCS utara (Gambar 2 ) menunjukkan tingkat erosi yang lebih tinggi selama Miosen awal hingga tengah, yang diakibatkan oleh aktivitas tektonik yang kuat (Clift, 2006 ; Jin et al., 2023 ) dan peningkatan monsun (Clift et al., 2014 ). Variasi dalam fluks sedimen ini (Gambar 2 ) hampir konsisten dengan pergeseran signifikan ke nilai ε Nd foraminifera yang lebih unradiogenik di lokasi studi (Gambar 3c ). Efek gabungan dari SCS yang terbatas dan peningkatan masukan benua kemungkinan menjelaskan mengapa nilai ε Nd di Situs U1501 menjadi lebih unradiogenik, dengan amplitudo variasi yang lebih besar setelah sekitar 17 Ma dan hingga 9 Ma (Gambar 3f ).
4.2 Variasi ε Nd Air Laut Akibat Tabrakan Benua-Busur Sejak Miosen Akhir
Kemudian, selama ∼9 Ma terakhir, rekaman foraminifera ε Nd di Situs U1501 mengindikasikan pergeseran ke arah komposisi yang lebih radiogenik dan tampaknya sejalan dengan rekaman anggota ujung Pasifik utara-khatulistiwa (Gambar 3c ). Pengurangan pertukaran hidrologi air dalam Pasifik dengan cekungan SCS dalam sejak Miosen tengah (∼16 Ma), mengesampingkan peningkatan kontribusi massa PDW selama 9 Ma terakhir. Selain itu, bukti menunjukkan peningkatan aridifikasi Asia Tengah dan masukan aeolian ke Pasifik Utara pada ∼9–8 Ma (Shen et al., 2017 ; Yang et al., 2021 ), yang menyiratkan debu berfungsi sebagai sumber Nd radiogenik yang potensial. Namun, sejumlah penelitian menunjukkan bahwa debu eolian berkontribusi minimal terhadap SCS utara relatif terhadap sedimen fluvial besar sejak Miosen awal (Jin et al., 2022 ; Liu et al., 2016 ; Wan et al., 2007 ). Oleh karena itu, pengendapan debu mungkin telah meninggalkan jejak radiogenik pada air laut SCS tetapi tidak cukup berkontribusi terhadap kenaikan nilai ε Nd sejak 9 Ma. Catatan MAR terigenous yang direkonstruksi dari Situs U1501 dan fluks massa bertumpuk dari SCS utara (Jin et al., 2023 ) menunjukkan penurunan masukan terigenous yang dimulai pada Miosen tengah tetapi tidak menunjukkan pengurangan penting sekitar 9 Ma (Gambar 2 ). Catatan ini menyiratkan pengurangan kontribusi Nd litogenik unradiogenik dari cekungan sungai Asia sejak Miosen tengah, namun, tanpa penurunan yang jelas terjadi pada 9 Ma. Dengan demikian, pergeseran positif dalam rekaman ε Nd di Situs U1501 setelah 9 juta tahun lalu kemungkinan mencerminkan kontribusi Nd radiogenik yang relatif meningkat di perairan laut dalam, terkait dengan masukan busur pulau vulkanik di tepi timur SCS.
Berbagai bukti telah menunjukkan bahwa tumbukan busur-benua di Pasifik Tenggara tropis sejak akhir Kenozoikum mempercepat pengangkatan dan pemaparan daerah kepulauan, yang pada gilirannya meningkatkan masukan erosi ke laut (Bayon et al., 2023 ; Hall, 2002 ; Molnar & Cronin, 2015 ). Urutan sedimen turbidit substansial di cekungan busur muka Luzon, pengendapan sedimen masif yang sesuai dengan 5–6 km kerak di Cekungan Kalimantan, dan bagian luas dasar busur muka di Timor sejak akhir Miosen merupakan indikasi dari proses ini (Hall, 2002 ; Huang et al., 2018 ). Busur Luzon terdiri dari rantai sepanjang ∼1.200 km dari Miosen hingga stratovolkano dan leher vulkanik terkini, yang membentang dari Mindoro hingga jajaran pesisir Pulau Taiwan (Hall, 2002 , 2009 ). Tampaknya tumbukan awal Busur Luzon Utara dan Benua Eurasia dimulai pada Miosen akhir (Gambar 3d ), didukung oleh: (a) model rekonstruksi (9–6 Ma) (Sibuet et al., 2002 ; Sibuet & Hsu, 2004 ); (b) munculnya prisma akresi Taiwan (<8,5–6,4 Ma) (Chen et al., 2017 ); (c) keberadaan sedimen sinkolisional turunan Taiwan di cekungan busur depan (6,5 Ma) (Huang et al., 2018 ; Lin et al., 2003 ); dan (d) peristiwa pendinginan yang lebih tua di Pegunungan Tengah (7,1 ± 1,3 Ma) (Mesalles et al., 2014 ).
Mengingat curah hujan tinggi di sabuk hujan tropis (∼15°S–20°N) dan topografi curam yang menjadi ciri daerah tangkapan busur pulau, terdapat erosi fisik dan alterasi kimia yang cukup besar pada busur pulau vulkanik lintang rendah yang luas (Bayon et al., 2023 ; Hartmann et al., 2014 ). Kami mengusulkan bahwa tumbukan busur tropis-benua yang dimulai pada akhir Miosen mengakibatkan patahan dan rekahan Busur Luzon, yang mendorong pengangkatan dan pemaparan lebih lanjut. Daerah yang baru terekspos ini kemudian menjadi sangat rentan terhadap pelapukan, bersama dengan curah hujan tinggi di daerah tropis, yang menyebabkan tingkat erosi fisik dan kimia yang tinggi pada batuan basaltik di Busur Luzon. Masukan pelapukan yang ditingkatkan dari busur pulau vulkanik (terutama Busur Luzon dan Busur Pro-Filipina) memperkenalkan Nd radiogenik yang signifikan ke perairan laut sekitar dan Pasifik dan kemudian bermigrasi ke Situs U1501 (Gambar 3g ). Perantara massa air, yang membawa Nd radiogenik dari pelapukan busur kepulauan, menjelaskan mengapa rekaman Nd ε sedimen detrital di Situs U1501 tetap stabil, sedangkan nilai foraminifera menunjukkan tren radiogenik sejak 9 juta tahun lalu (Gambar 2 ). Interpretasi ini konsisten dengan penelitian sebelumnya bahwa tumbukan Busur Australia–Banda–Sunda selama 4 juta tahun terakhir merupakan sumber utama Nd air laut radiogenik yang diperoleh dari sedimen laut di sepanjang tepi barat laut Australia, dengan Nd yang tidak radiogenik dari detritus (Bayon et al., 2023 ). Lebih jauh lagi, tren radiogenik yang jelas pada nilai ε Nd dapat diredam oleh masukan nonradiogenik setelah 3 juta tahun lalu (Gambar 3c ), yang mungkin disebabkan oleh peningkatan masuknya sedimen detrital dari Pulau Taiwan ( nilai ε Nd sedimen sungai Taiwan barat, -14 hingga -12) ke SCS utara sejak akhir Pliosen (Dou et al., 2016 ; Wan et al., 2010 ).
4.3 Neraca Massa Masukan Pelapukan Dari Busur Pulau Relatif Terhadap Benua Asia Sejak 9 Ma
Selain itu, kami mencoba mengukur kontribusi masukan pelapukan dari busur kepulauan relatif terhadap benua Asia sejak 9 juta tahun lalu, menggunakan pendekatan keseimbangan massa berdasarkan kumpulan data foraminifera ε Nd di Situs U1501. Sebelum 9 juta tahun lalu, nilai ε Nd sebagian besar dipengaruhi oleh masukan pelapukan Benua Asia Timur (W) dan massa air dalam Pasifik (S), yang dinyatakan oleh Persamaan 1 :
Setelah 9 juta tahun, masukan pelapukan dari busur kepulauan (I) berkontribusi terhadap keseimbangan Nd, yang diungkapkan melalui Persamaan 2 :
4.4 Dampak Pelapukan Busur Kepulauan Pasifik Barat terhadap Pendinginan Global Sejak Akhir Miosen
Secara umum, batuan basaltik di sabuk tropis yang hangat dan basah memiliki tingkat konsumsi CO2 yang jauh lebih tinggi daripada daerah aliran sungai granit di luar daerah tropis, seringkali hingga dua kali lipat (Dessert et al., 2001 ). Tumbukan busur benua-pulau telah menyebabkan obduksi busur pulau vulkanik ke benua, menciptakan kompleks ofiolit setebal kilometer dan meningkatkan luas permukaan batuan ultramafik-mafik yang sangat mudah lapuk (Hartmann et al., 2014 ; Jagoutz et al., 2016 ). Dalam konteks daerah tropis yang hangat dan lembab, hal ini telah menyebabkan fluks pelapukan silikat yang sangat intensif, yang pada akhirnya memainkan peran penting dalam konsumsi konsentrasi CO2 atmosfer dan memicu pendinginan global di masa lalu (Macdonald et al., 2019 ; Park et al., 2020 ).
Akibatnya, catatan ε Nd air laut baru kami dari SCS utara menunjukkan bahwa pelapukan busur pulau tropis dalam konteks tumbukan busur-benua telah meningkat secara substansial selama 9 juta tahun terakhir. Dengan demikian, hasil tersebut memberikan bukti kuat untuk mendukung hipotesis yang diajukan sebelumnya bahwa denudasi kimiawi yang didorong secara orografis dari busur pulau Pasifik barat dapat memainkan peran penting dalam pelapukan kimiawi dan pendinginan global sejak akhir Miosen (Bayon et al., 2023 ; Jagoutz et al., 2016 ; Macdonald et al., 2019 ; Park et al., 2020 ).
Selain itu, rekaman ε Nd dari Situs U1501 menyajikan osilasi seperti siklus pada skala waktu jutaan tahun setelah Miosen tengah (Gambar 2 ). Pemaksaan orbital umumnya mendorong variasi periodik dalam sistem iklim, yang terlibat dalam kontras musiman, presipitasi, dan pelapukan kimia (De Vleeschouwer et al., 2020 ; Pälike et al., 2006 ). Oleh karena itu, osilasi siklus dalam rekaman ε Nd di Situs U1501, dalam kasus sinyal nyata, kemungkinan terkait dengan perubahan masukan pelapukan dari benua dan busur pulau, yang dimodulasi oleh pemaksaan astronomis. Namun, resolusi terbatas data ε Nd dalam studi ini menghalangi kami mengidentifikasi solusi orbital yang andal. Studi lebih lanjut dengan rekaman resolusi tinggi akan diperlukan untuk memahami mekanisme pemaksaan orbital dalam pelapukan kimia.
5 Kesimpulan
Nilai ε Nd foraminifera planktonik campuran dari Situs IODP U1501 di SCS utara dianalisis dan didiskusikan, untuk melacak perubahan masa lalu dalam masukan pelapukan dan hubungannya dengan tektonik dan perubahan iklim. Catatan ε Nd foraminifera mengungkapkan tren yang lebih unradiogenik antara 17 dan 9 Ma, yang disebabkan oleh isolasi progresif cekungan SCS dari Samudra Pasifik dan masukan pelapukan yang meningkat dari Benua Asia. Sebaliknya, tren ε Nd yang jauh lebih radiogenik yang diamati sejak 9 Ma dikaitkan dengan tumbukan antara Busur Luzon dan Benua Eurasia, yang menyebabkan pelapukan cepat sejumlah besar batuan basal radiogenik di bawah iklim tropis. Proses ini mungkin telah memainkan peran penting dalam konsumsi CO 2 atmosfer dan berkontribusi terhadap pendinginan global sejak akhir Miosen. Singkatnya, catatan ε Nd di Situs U1501 menunjukkan keseimbangan dinamis masukan pelapukan antara Benua Asia Timur dan Busur Luzon sejak akhir Oligosen, di bawah kendali evolusi tektonik regional.
