中更新世以来南大洋太平洋扇区冰盖稳定性与古海洋演化

• Main Author: 王家凯
• Other Authors: 李铁刚
• Format: Other/Unknown Material
• Language: Chinese
• Published: 2022
• Subjects: 南极冰盖; 沉积记录; 海洋强迫冰盖失稳; 古生产力; 气候模式; 理学::海洋科学; Antarctic; East Antarctic Ice Sheet; West Antarctic Ice Sheet; Antarc*; EPICA; Ice Sheet; Iceberg*
• Online Access: http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/179700

更新世以来冰期/间冰期(Glacial/Interglacial, G/IG)旋回中西南极冰盖(West Antarctic Ice Sheet, WAIS)稳定性演化的证据可以为解析大气-海洋过程与冰冻圈环境要素间的相互作用提供重要参照。为探索轨道尺度上南大洋太平洋扇区冰盖-海洋-大气间的相互作用和反馈过程，本文首先以取自南大洋东南太平洋扇区阿蒙森海北部深海平原的重力岩芯ANT34/A2-10为材料，通过对其粘土矿物、冰筏碎屑(Iceberg-rafted Detritus, IRD)和碎屑态Sr-Nd 同位素的分析，并结合东南太平洋扇区已有的历史海洋-大气强迫记录，分析了过去770 ka以来WAIS稳定性与海洋-大气强迫过程的关系。同时我们认为对这一历史海洋-大气强迫过程的理解，也有助于我们厘清晚更新世G/IG旋回中南大洋南极区古生产力变化的机制，并探索它们对大气pCO2 (patm CO2)的影响及响应。一般来说，冰期南大洋“生物泵”的加强会导致冰期patm CO2降低。然而，南极区G/IG旋回中古生产力变化模式的广泛重建却显示了与亚南极地区不一致的结果，近20年来其背后的机制引起了大量的讨论。为此我们继续提供了来自南大洋西南太平洋扇区的重力岩芯ANT31-R23约320 ka以来的高分辨率有机地球化学分析，并通过这些记录与南大洋南太平洋和南大西洋扇区的其他古气候记录以及EPICA-Dome C冰芯记录的对比，阐明了千年时间尺度上南极区古生产力变化模式与海洋-大气强迫过程之间的联系。 ANT34/A2-10岩芯沉积记录与已经发表的南半球高纬度地区海洋和大气强迫记录的对比揭示了自中更新世以来的间冰期WAIS失稳与地球轨道强迫、环极深层水(Circumpolar Deep Water, CDW)和底层水通风与南极绕极流增强以及西风带(Southern Westerly Winds, SWW)增强且极向移密切相关。此外，岩芯碎屑沉积物Sr-Nd 同位素特征表明研究站位物源在 MIS 16期附近发生了显著变化，在MIS 16期之前，扩大的罗斯环流主导了该时期研究区的冰山轨迹，使得冰山搬运的罗斯海来源陆源碎屑沉积成为研究站位附近沉积物的主要贡献者。而在 MIS 16期之后，研究站位整体陆源碎屑的源区呈现多源区混合模式，其反映的冰山输送路径与现代冰山轨迹类似，可能建立自中更新世气候转型结束时由阿蒙森海低压年均中心位置极向跃迁所引起的罗斯环流收缩。此次海洋和大气环流重组可能与随后MIS 13到 15 期间南大洋深部显著的通风状态变化有关。与该状态同步变化的轨道强迫说明该时期（MIS 13到15期）增强的轨道强迫可能对WAIS显著失稳有贡献。与此同时，间冰期WAIS失稳时期，南极干谷冰碛物在南大洋东南太平洋扇区的输入也指示了西南太平洋扇区东南极冰盖(East Antarctic Ice Sheet, EAIS)冰量随着维多利亚地的山地冰川后撤或裂解而发生损失，这一过程与海洋驱动的罗斯冰架支撑力减弱有关。 同时，ANT31-R23岩芯因子得分(F1) 指示陆源碎屑元素变化模式与研究区附近指示G/IG旋回中EAIS动力学变化的记录存在协变关系，进一步验证了研究区的海洋-大气强迫海洋冰盖失稳的正反馈机制，即间冰期SWW极向移动强化了当地海洋基底冰盖受到的海洋热力强迫，引起接地线后退和融水输入，加强了上层水体层化。层化增强后的海洋上层水体更有能力储存通过CDW上涌输送至表层水体的热量，并进一步增强冰盖受到的海洋热力强迫。同时F1与该岩芯古生产力记录同上述系统过程的文献记录之间良好的一致性也说明冰融水注入引起的表层水体层化可能是南大洋近岸区域间冰期生产力升高的必要条件。以上关于海洋-大气强迫太平洋扇区海洋冰盖与古生产力变化的见解可能会改进我们理解南极海洋基底冰盖未来变化的框架。 此外，通过调查现代研究区表层沉积物氧化还原、生产力和营养盐相关指标， 碳酸钙含量以及IPSO25/organic carbon分布模式，我们发现罗斯海和阿蒙森海陆架和近岸冰间湖（表层沉积物沉积年代）生产力和氧化还原环境可能与南极环形模式的正相位变化趋势有关。在该具有长期变化趋势的气候模式下，具有较弱碳酸盐腐蚀性（与高盐陆架水相比）且富营养盐CDW上涌和极地下降风增强/大气与表层海水极向输入的热量减弱，可能促进了研究区沉积物中碳酸钙的保存以及近岸冰间湖中冰藻有关的初级生产力升高，与阿蒙森海近岸冰间湖外缘平均海冰浓度/覆盖面积的显著增加。