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布宜诺斯艾Liss地化所发表轨道力时间尺度上滨州

发布时间:2019-11-03 20:41编辑:地球科学浏览(77)

    应中国科学院地球环境研究所谭亮成博士邀请,中科院广州地球化学研究所罗立副研究员于2017年4月24日访问地球环境研究所,并分别做了题为“CO2 threshold for precessional variability of sea ice in the Okhotsk Sea during the past 180,000 years”和“Combining Mg/Ca and clumped isotopes in foraminifera for redundant estimation of temperature”两个学术报告。地环所蔡演军研究员,谭亮成博士、卢红选博士,王欢业博士等,以及地环所和西安交大部分研究生参加了该次学术报告。

    大气CO2含量在最近150年内,从~300 ppm增加到~400 ppm。这些增加的大气CO2是否为全球变暖的元凶,还存在着诸多争论。过去海-陆-气之间的碳收支是认识大气CO2在气候变化中所起作用的一把钥匙。约7万年前,即深海氧同位素阶段4和5的过渡期,是地球气候进入冰期的一个重要转折期。在约一万年的过渡期间,海平面下降了60多米,大气CO2降低了约30 ppm,相当于有~60 Gt(1Gt = 1*109吨)从大气中丢失了。那么,该过渡期大气中的碳到底去了哪里,至今仍旧是一个谜。

    在频繁被报道的全球环境变迁新闻中,北极区的海冰急速消融是最获得大众关注的一件,人类对海冰全面性的研究直到上个世纪50年代人造卫星升空之后才开始,关于海冰的变化与其他环境因子的反馈机制仍有许多不明朗的部分,古气候与古海洋研究是增进人类对海冰与其他气候系统反馈机制认识的重要手段。

    在 “CO2 threshold for precessional variability of sea ice in the Okhotsk Sea during the past 180,000 years”的报告中,罗立首先介绍了鄂霍次克海海冰研究的重要意义:海冰对季节性升温和温室气体增加敏感,响应全球总辐射变化和海洋循环。由于鄂霍茨克海地区主要是硅质,有孔虫含量比较少,定年比较困难。罗立选择了通过XRF扫描的高分辨率元素序列通过调谐建立年代模型。然后利用Ba/Ti比、TEXL86生标、IP25生标(只能被海冰中硅藻分泌)等指标建立了鄂霍次克海180,000年以来的时间序列。发现海冰变化与夏季海表温度脱钩,而与近海表大气温度变化一致,有明显的岁差周期。他提出鄂霍茨克海冰变化响应CO2的变化,并且存在一个260ppm和190ppm的双重阈值开关;当CO2低于190ppm并且加上秋季日照量低值时,海冰最多,当CO2高于260ppm时海冰最少。报告结束后,蔡演军研究员提出了洋流对鄂霍茨克海地区的影响问题,罗立表示后期会进一步研究。

    由澳大利亚国立大学于际民领导的、包括中国科学院地球环境研究所研究员金章东、蔡演军和博士张飞在内的国际研究团队,通过多个钻孔中底栖有孔虫B/Ca比值重建的深层海水碳酸根离子含量的变化,定量估算了MIS 4-5过渡期大西洋深部碳的储量。

    近期,中国科学院广州地球化学研究所稳定同位素地球化学学科组副研究员罗立及其合作者利用深海岩芯材料以及西北副极区太平洋鄂霍次克海中部过去13万年来的海冰变化历史,揭示了太阳日照量以及二氧化碳浓度对于海冰的影响。透过沉积物高解析度X光荧光扫描重建可信的年代模式,结合有机地球化学指标(IP25重建海冰变化, TEX86重建夏季海水表面温度),以及电脑数值模型验证气候反馈机制,研究团队首次发现了在过去13万年来,中部鄂霍次克海的海冰变化具有强烈的2万3千年的岁差周期,显示日照量对此区的海冰有明显的影响,夏季海水表面温度则呈现典型10万年的冰期-间冰期周期,暗示海水表面温度在此地区可能不是主导的因素。而当大气中的二氧化碳浓度高于260 ppm的阀值(threshold value)时,即便日照量极小,海冰仍会减少,显示因温室气体造成的大气暖化对此地海冰有一定的影响,如此周期性与阀值的双重机制为学界首次发现与提出。

    在做“Combining Mg/Ca and clumped isotopes in foraminifera for redundant estimation of temperature”的报告时,罗立从碳酸盐耦合同位素发展历史,研究材料和方法、应用和未来工作等几个方面进行了介绍,并结合有孔虫的Mg/Ca比和耦合同位素来研究古温度变化。罗立团队在研究过程中做了大量工作,花费大量时间挑选有孔虫样品,建立自己实验室的校正曲线,并介绍目前最新的同位素处理软件,未来可以大幅度减少数据处理的时间。报告结束后引起关于碳酸盐耦合同位素的热烈讨论,与会人员就碳酸盐耦合同位素的实验技术、采样和应用等进行了充分的交流。

    结果表明,在MIS 4-5过渡期,深层海水[CO32-]降低了~25 mol/kg,表明在一万年时间内大西洋深部海水形成了一个巨大的碳库,其碳储量增加了至少~50 Gt,其量级与同期大气丢失的~60 Gt碳基本相当。结合模拟结果,该研究进一步发现这些增加的碳与大西洋经向反转环流变浅作用密切相关。该研究对理解冰期-间冰期尺度碳循环机制及其对气候变化的影响具有重要意义,也有助于深入认识全球变暖情形下大气和海洋之间复杂的相互作用。

    相关成果发表在Earth and Planetary Science Letters 期刊上,该项研究获得了国家自然科学基金委与广州地化所项目资助。

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    该研究成果于2月8日以Article的形式在线发表在Nature Geoscience 上。

    论文链接

    论文信息:Yu J M, Menviel L, Jin Z D, Thornalley D J R, Barker S, Marino G, Rohling E J, Cai Y J, Zhang F, Wang X, Dai Y, Chen P, Broecker W S. Sequestration of carbon in the deep Atlantic during the last glaciation. Nature Geoscience, 2016, doi: 10.1038/ngeo2657.

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    图1:研究区域,黑色粗虚线为现代平均海冰分布边界。

    深海氧同位素阶段4和5过渡期海洋-大气碳收支(Yu et al., 2016, Nature Geoscience)。当气候进入冰期,埋藏在深海的碳降低了海水的pH值,也导致海底碳酸盐溶解。有孔虫等微壳体的B/Ca比值可用来定量估算深海碳埋藏通量。

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    图2:A. MD01-2414站位沉积物海冰指标浓度变化,B. 53度北纬秋季日照量与电脑数值模拟的秋季海冰异常值,C. 开放性海洋生物指标(HBI III, 浅绿色),D. 沉积物蛋白石相对含量,E. 中部鄂霍次克海夏季海水表面温度与53度北纬夏季日照量,F. 冰芯观测大气二氧化碳浓度,G. 石笋氧同位素记录,H. 全球平均底栖有孔虫氧同位素地层与Ba/Ti元素比。图中的数字为全球氧同位素阶(Marine Isotope Stage, MIS),灰色标记为中鄂霍次克海海冰增加,白色标记为海冰撤退,蓝色标记为推测可能为终年海冰。

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