新生代以来，全球经历了“温室地球”、“热室地球”向“冰室地球”的转变并伴随着板块与大洋环流重组、大气CO2浓度变化和南北极冰盖的形成等重大地质事件，厘清它们之间的因果关系是理解新生代全球变化的核心。南极冰盖作为世界上最大冷源，强烈影响了新生代地球，目前国际上关于其形成主要有两大模式：其一为南极绕极流（Antarctic Circumpolar Current，ACC）将南极与世界其他地区隔离后，南极逐渐降温直至冰盖形成（Kennett et al., 1975；Katz et al., 2011），其二为大气CO2降低到一定阈值后导致冰盖形成（DeConto and Pollard, 2003；Goldner et al., 2014）。争议存在的主要原因之一是ACC的形成时间不确定，这又阻碍了对ACC与南极冰盖、全球变冷之间关系的讨论。位于南极半岛与南美板块之间的德雷克海峡，以及澳大利亚板块与东南极克拉通之间的塔斯马尼亚海峡的打开导致ACC的最终形成。前人对塔斯马尼亚海峡的打开过程进行了相对可靠的制约（Exon et al., 2004），但对德雷克海峡的演化仍未达成一致（Barker et al., 2007），这也成为新生代全球变化领域长期悬而未决的一项难题。
为进一步约束德雷克海峡的打开过程，我校“海洋矿产与极地地质教育部重点实验室”高亮副教授，赵越教授与中国地质科学院地质力学研究所裴军令研究员、张拴宏研究员、刘晓春研究员、仝亚博研究员、刘建民研究员、首都师范大学杨振宇教授、智利安德烈斯贝洛大学Joaquin Bastías博士合作，在国家海洋局极地考察办公室、中国极地研究中心、智利南极研究所、智利麦哲伦大学等支持下，通过中国第31次、35次南极科学考察、中—智联合南极科学考察，选取南极南设德兰群岛铜矿半岛与乔治王岛为研究对象，对采集的晚白垩世、古新世与始新世火山岩样品开展了系统的古地磁学、岩石磁学与年代学等研究，重建了南极半岛晚白垩世以来的板块运动与凤凰板块俯冲耦合过程，并获得以下重要认识：
1. 发现南极半岛~90 Ma以来经历的5次岩浆峰期事件主要发生在凤凰板块向南极半岛俯冲速度突然降低的时期，提出岩浆峰期事件主要受控于板块俯冲速度。
2. 在南极半岛北部识别出~80-62 Ma小规模顺时针旋转，对应斯科舍海东侧原南桑威奇俯冲带的形成，为原南桑威奇俯冲带起始俯冲提供动力学机制。
3. 首次发现南极半岛在~62-55 Ma期间经历了~15°的快速顺时针旋转并快速远离南美南端，这可能导致德雷克海峡在古新世期间发生初始打开，对应古新世期间全球变冷事件，也解释了在此期间南极半岛与南美板块的动植物群落开始发生隔离。
4. 板块重建显示德雷克海峡的全面打开发生在~50 Ma以后，对应地球开始从“热室”向“冷室”发生转变的时间，支持两者之间可能存在联系。因此，未来继续开展始新世以来的德雷克海峡逐步打开精细重建有可能进一步厘清两者之间的关系，促进新生代全球变冷争议的解决。
图1 （a）南极半岛与（b）南设得兰群岛地质简图与岩浆迁移；（c）德雷克海峡/斯科舍海及邻区地形地貌图
图2 （a）古地磁揭示的南极半岛构造旋转历史；（b）凤凰板块与南极半岛之间的汇聚速率变化；（c）南极半岛与南设得兰群岛岩浆年龄统计；（d）南极半岛与南设得兰群岛岩浆迁移规律；（e）前人提出的原南桑威奇俯冲带起始俯冲年代；（f）不同方法限制的南极半岛与南美南端分离时间
图3 （a-f）德雷克海峡/斯科舍海逐渐打开过程；（g-i）凤凰板块向南极半岛俯冲与岩浆迁移过程
本研究得到国家自然科学基金（41930218，42076223）、国家重点研发计划（2018YFC1406904）、求真学人计划（265QZ2021013）、高等学校学科创新引智（111）计划（B20011）、智利南极研究所基金（RT-06-14）和瑞士国家科学基金（P500PN_202847）的联合资助。研究成果发表在国际权威刊物《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上: Gao, L*., Zhao, Y., Yang, Z., Pei, J., Zhang, S. H., Liu, X., Tong, Y., Liu, J., & Bastías, J. (2023). Plate rotation of the northern Antarctic Peninsula since the Late Cretaceous: Implications for the tectonic evolution of the Scotia Sea region. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, e2022JB026110. [IF2021=4.39]
全文链接：https://doi.org/10.1029/2022JB026110
