爆炸性火山噴發是東亞地區重要的自然災害，研究火山噴發歷史和火山灰分布是理解爆炸性噴發的頻率和識別不同火山危險程度的重要途徑。在東亞，日本火山的噴發歷史有較詳盡的研究，但通常基于可見火山灰記錄。此外，區內還有很多活火山，其噴發的可能性仍需進一步探明。顯微火山灰方法能有效地查明地質歷史中更為完整的噴發記錄，但該方法在東亞地區，特別是海洋沉積中僅有極少的應用，阻礙了人們認識區內火山完整的噴發歷史。
針對上述問題，中科院廣州地化所陳宣諭副研究員、徐義剛院士等應用顯微火山灰方法，率先在東亞地區開展了海洋顯微火山灰研究。結果表明，日本海13PT-P4鉆孔記錄到6層全新世火山灰標志地層（過去僅識別到1層），它們分別來自中國長白山、日本鬼界(Kikai)和韓國郁陵島(Ulleungdo)的爆炸性噴發（圖1）。研究結果更新了相關火山灰的區域分布，增加了鉆孔中記錄到的火山灰的數量，使得該記錄成為日本海目前火山灰最多的全新世記錄，幫助實現將海洋記錄與極地冰芯、熱帶湖泊古氣候記錄在時間上精確同步（圖2）。
圖1 識別到的日本海火山灰與東亞區內主要火山中心噴發產物的成分對比
圖2 地圖顯示利用日本海全新世火山灰能夠進行時間同步的古氣候記錄
使用顯微火山灰提取技術，本研究首次報道了郁陵島火山U-1噴發的遠源記錄。通過海洋沉積物14C測年和碳庫校正，本研究首次給出U-1火山灰的噴發年齡：3354-3080 cal yr BP (95.4%)。至此，郁陵島火山的全新世噴發歷史被完整地限定，目前已知的四次爆炸性噴發（U-4至U-1），分別發生在距今約10.2、8.4、5.6和3.2 千年以前。成分分析顯示，U-1火山玻璃的主量元素與郁陵島其它火山灰的化學成分具有一定的相似性，但前者具備獨特的演化趨勢，暗示其具有與先前噴發不一致的巖漿房過程。
此外，本研究利用火山灰的陸源年齡構建了海洋沉積記錄的年代學模型，展示了利用火山灰年代學幫助解決無有孔蟲的海洋記錄精確定年的難題。另外，通過對比火山灰的海洋/陸地14C年齡，本研究限定了西南日本海特定時間段的平均儲庫年齡，為校正海洋樣品TOC 14C年齡提供了依據。研究觀測到的距今1千年時平均儲庫年齡的上升，可能指示該海區在中全新世晚期或晚全新世時發生了強烈的深層海水上涌。相關研究結果在火山學、年代學、古海洋學和古氣候學等方面具有啟示意義。
本研究成果近期發表在國際知名期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth上，論文第一作者和通訊作者為陳宣諭副研究員。除本單位參與人員，共同合作者主要來自英國倫敦大學皇家霍洛威學院、韓國地質礦產資源研究院和中山大學地球科學與工程學院。本研究受到南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）重大專項、中國科學院先導B專項、國家自然科學基金青年基金、中科院廣州地化所所長基金等項目的聯合資助。
論文信息：Chen, X.-Y., Blockley, S.P.E., Fletcher, R., Zhang, S., Kim, J.-H., Park, M.-H., Chen, C., Yin, J. and Xu, Y.-G., 2022. Holocene Tephrostratigraphy in the East Sea/Japan Sea: Implications for Eruptive History of Ulleungdo Volcano and Potential for Hemispheric Synchronization of Sedimentary Archives. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127(2): e2021JB023243.
