北半球大冰期(约2.73 Ma)前后北太平洋风尘沉积突变

距今约2.73 Ma,北半球高纬地区冰盖急剧发展,北半球大冰期来临,成为最引人注目的事件。北半球大冰期成因已有诸多解释,其中之一是大陆干旱化加剧,输入到大洋的粉尘增多引起海洋铁肥效应增强和生物量增多,吸收了更多大气CO2,使得地球变冷和冰盖增加。作为全球第二大粉尘释放中心,亚洲内陆干旱区释放的粉尘是北太平洋沉积物中主要陆源组分之一。开展北半球大冰期前后西北太平洋沉积物记录的亚洲粉尘研究,有助于深入认识风尘铁肥效应对北半球大冰期形成的可能贡献。文章依据大洋钻探计划(Ocean Drilling Program,简称ODP)198航次西北太平洋1208钻孔(共钻取沉积物392.3 m;本研究深度121.3 m至130.1 m,时间段为2.62 Ma至2.85 Ma)北半球大冰期前后的高分辨率(约2500年)样品,提取了沉积物中的"风尘组分",计算了风尘通量,研究了风尘通量变化和海洋生产力之间的关联。研究结果显示,约2.73 Ma以来,1208钻孔风尘通量快速增加,已发表的该孔的海洋生产力也表现出快速增加,海水表面温度也快速降低,说明粉尘对海洋的铁肥效应可能是触发北半球大冰期形成的重要因素。文章还测试了"风尘组分"的Nd和Sr同位素,研究了粉尘物源变动。结果显示,塔克拉玛干沙漠是北半球大冰期前后1208钻孔粉尘的主要物源,其中2.73 Ma至2.85 Ma期间Nd和Sr同位素波动较大,推测与火山灰含量较多和戈壁粉尘沉积有关,位置偏北的西风可能是部分戈壁粉尘长距离运输至北太平洋的主要营力。2.73 Ma以来,北极冰盖大量发育,西风位置南移,主要运输塔克拉玛干沙漠粉尘至北太平洋,使得Nd和Sr同位素波动较小,但其中2.72 Ma至2.70 Ma期间出现的Nd同位素偏正、Sr同位素变小很可能是火山灰的突然大量沉积造成的。

亚洲季风演化、北半球大冰期的发展与喜马拉雅—青藏高原隆升

青藏高原对亚洲季风气候的形成和发展有着重要的影响。通过综合最新的研究成果,本文对高原的阶段性隆升及其气候效应、北半球大冰期形成的可能原因和对亚洲气候的影响进行了初步讨论。并指出,高原的隆升可以划分为3个主要阶段,也就是10—9百万年的有意义隆升,亚洲季风开始形成;3.6—2.6百万年,高原加速隆升,亚洲冬、夏季风同时加强;2.6百万年以来,高原持续隆升,亚洲季风冬夏季风变率加大,冬季风加强。

巴拿马海道关闭及其古海洋和古气候影响

位于中美洲的巴拿马海道曾是连通赤道东太平洋和大西洋的开放洋流通道。从中新世开始,巴拿马海道在构造运动的驱动下逐步关闭,切断了赤道太平洋和大西洋海水的直接交流。海道的关闭不仅改变了太平洋和大西洋海水的物理性质和洋流模式,还可能对新生代中晚期气候变化,特别是北半球大冰期的开始有重要作用。简要综述了二十余年来围绕巴拿马海道关闭及其古海洋、古气候意义方面的研究成果和最新研究进展。很多相关的问题目前仍处于激烈的争论之中或尚未得到充分的认识,亟待开展进一步工作。开展相关研究将对促进我国古海洋和古气候研究具有积极意义,并有助于进一步加深我们对于海洋-气候系统的认识。

晚中新世以来印度洋-太平洋暖池水体交换过程及其气候效应

以印尼海道或印尼穿越流连接的印度洋-太平洋暖池之间的水体交换不仅控制了印-太热带海区的物质、热量和淡水收支,也通过反馈和遥相关机制对高纬海区产生影响,因而在调控区域和全球气候中功不可没。本文综述了晚中新世以来印尼海道或印尼穿越流的演化历史及其对热带和高纬海区气候的影响过程与机制。千年和轨道尺度上,印尼穿越流在冰期为表层流主导;在间冰期温跃层流得到强化;在冰消期为表层流主导向温跃层流主导过渡,其转换模式与海平面、温盐环流、类ENSO和东亚季风等密切相关,但其中的作用机制异常复杂。构造尺度上,印尼海道呈多期次逐渐关闭的趋势,但其相对开合、张缩的时间存在争议。印尼海道或印尼穿越流的演化改组了印度洋暖池和西太平洋暖池之间热量、营养物、水团和洋流的分布,对暖池的形成与发展以及类ENSO特别是上新世暖期永久类El Nio产生重要影响。印尼海道的关闭被认为触发了北半球大冰期,然而切断向北半球高纬海区热量的输送是由通过印尼海道关闭引起的大洋环流还是大气环流效应所致,目前还没有定论。印-太暖池水体交换对热带和高纬海区气候影响机制的诸多假说还只停留在模型模拟的阶段,缺乏高质量古海洋记录的实证检验。针对本文提出的科学问题和阐述的未来研究方向,在印-太暖池印尼海道两侧设计站位,并获取高分辨率或长时间跨度的岩芯,实施综合对比的全水层古海洋学研究,是加深该领域研究的当务之急。