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Quaternary Science Reviews:华北石笋氧碳同位素对末次冰期千年尺度气候事件的差异响应

时间:2022-01-05 10:23:55  作者:  点击:

南京师范大学地科院同位素实验室汪永进教授团队在石笋古气候研究上取得最新研究进展,该成果以“Different response of stalagmite δ18O and δ13C to millennial-scale events during the last glacial, evidenced from Huangjin Cave, northern China”为题在《Quaternary Science Reviews》期刊发表。

两极冰芯研究揭示格陵兰Dansgaard-Oeschger(DO)旋回的暖相位对应于南极变冷,反之亦然,提出半球间热量再分配的“bipolar seesaw”机制。然而,由于两极冰芯年代学的不确定性,尤其冰-气年龄差异(即Δage)的约束问题,导致南北半球千年尺度气候事件的相位关系和触发机制仍存在较大争议。通过同一地质载体的不同代用指标研究南北半球千年尺度事件的相位关系,或许可以有效避免两极冰芯记录对比的年代学问题。基于这一研究思路,本研究利用河北黄金洞一支石笋的氧碳同位素和230Th年代数据重建了末次冰期平均分辨率约40年的东亚气候-环境演化序列,探讨了氧碳同位素对气候的差异响应机制以及千年尺度事件“提前-滞后”的问题。石笋记录显示氧碳同位素均敏感响应于千年尺度事件,明确记载了DO8-14事件和Heinrich 4和5事件,但是二者存在显著差异:DO事件开始时,碳同位素显示快速转型特征而氧同位素呈现缓变特征。进一步对比发现,氧同位素曲线特征与南极温度更为相似,这是因为亚洲夏季风水汽主要来源南大洋,受控于与南极温度相关的穿赤道气流。而碳同位素则与格陵兰温度变化一致,具有锯齿状结构和快速转变特征,表明北高纬气候可能通过大气遥相关快速调控华北地区的水热配置,从而影响碳同位素的主控因素(植被与陆地生产率),并记录在石笋中。因此,黄金洞石笋氧、碳同位素分别承载了来自南、北半球的气候信号:氧同位素继承南半球信号,而碳同位素记录北半球信号。进一步对比发现在持续时间超4千年的DO14事件中,北半球升温提前于南半球降温约120年,而持续时间短的DO事件则是南半球降温提前于北半球升温约150年。由此,我们认为南北半球“提前-滞后”的相位关系主要取决于大西洋经向翻转流(AMOC)恢复的触发位置(北大西洋或者南大西洋),并且“seesaw”模式主要受控于大洋过程。

本论文的思路与架构是在赵侃副教授(通讯作者)、汪永进教授以及美国明尼苏达大学R. Lawrence Edwards教授的共同指导下完成。第一作者为我院已毕业博士梁怡佳。该研究是国际合作,多校联合的成果,得到国家自然科学基金项目(42071105,41931178,42072207),中国高等学校学科创新引智计划(D19002),美国自然科学基金项目(1702816)等项目的资助。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277379121005126?dgcid =coauthor

末次冰期3阶段全球地质记录对比. (a)和(b)格陵兰NGRIP冰芯δ18O和粉尘记录. (c)四海龙湾玛珥湖总有机碳记录. (d)和(e)黄金洞HJ1石笋δ13C和δ18O记录. (f)黄土高原夏季降水量重建记录. (g)南极WDC冰芯温度记录.

(南京师范大学地理科学学院供稿)


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