晚中新世C_(4)植被扩张与大气二氧化碳分压的关系

大量陆地与海洋的地质记录证实了晚中新世C_(4)植被发生全球异步扩张,最早在10 Ma左右开始于非洲东部与西北部,随后8~6 Ma左右大范围传播至南亚、南非、北美等地区,最终C_(4)植被于上新世发生再次扩张,基本形成现今的生态格局。对于晚中新世C_(4)植被扩张的解释至今仍存在疑惑,主要围绕气候变化与CO_(2)展开争论。最新的大气二氧化碳分压(pCO_(2))重建记录显示,大气CO_(2)浓度在晚中新世时期处于下降的趋势。综合考虑晚中新世C_(4)植被的扩张区域,地质记录重建的大气CO_(2)浓度与数值模拟实验中形成C_(4)植被扩张所需的大气CO_(2)浓度在数值上相吻合,突出了大气CO_(2)浓度变化对晚中新世C_(4)植被扩张的作用。由于现有的大气CO_(2)浓度重建记录的分辨率较低,不管是在趋势上还是数值上,其可靠性都有待商榷,未来应该专注于晚中新世可靠的高分辨率大气CO_(2)浓度记录的重建,这是解开晚中新世大气CO_(2)与C_(4)植被扩张关系的关键,对研究未来气候变化具有指导意义。

MIS 5期以来南极威德尔海生产力演化及其古海洋意义

南大洋有关大气二氧化碳分压(pCO_(2))冰期旋回机制的最新假说表明,冰期南极带生产力降低指示的深部流通状况减弱对CO_(2)的封存,以及亚南极带生产力升高对CO_(2)的固定能够圆满解释冰期大气pCO_(2)的降低。显然,测试该假说合理性的关键是验证冰期旋回中南极带与亚南极带呈“镜像”关系的生产力演化特征。通过沉积物岩芯中生源蛋白石含量重建了MIS 5期以来南极威德尔海(南极带)生产力演化。结果显示,南极威德尔海生产力呈现暖期(MIS 5和3期)高、冷期(MIS 4和2期)低的冰期旋回特征以及总体降低的长期演化趋势。联合该生产力记录与搜集的南大洋其他海区多个生产力记录,确证了南极带与亚南极带“镜像”的生产力演化模式。进一步,通过该生产力记录与其潜在环境影响因素的对比,发现西风带经向移动和海冰张缩通过影响深部流通状况,进而控制深部营养物进入表层的可利用性,最终驱动MIS 5期以来威德尔海生产力演化的冰期旋回和长期趋势。南极威德尔海的深部流通状况对CO_(2)的“收押”与释放很可能贡献了MIS 5期以来大气pCO_(2)演化的冰期旋回和长期趋势。该研究确证了上述南大洋有关大气pCO_(2)冰期旋回机制假说的合理性,表明南大洋在全球气候演化中扮演重要角色。

晚中新世低大气pCO_(2)背景下暖室气候的成因机制

晚中新世托尔通期(11.61~7.25 Ma)比现代更加温暖和潮湿,却有着与工业革命前相近的大气二氧化碳分压,这种低大气二氧化碳分压下的暖室气候在整个新生代都很特殊,搞清其驱动机制有助于预测未来气候变化。对此有两种解释:基于指标记录的晚中新世气候—二氧化碳分压“解耦假说”和基于数值模拟的“协同作用假说”。指标重建的地质记录表明晚中新世的气候可能并不受二氧化碳分压影响,即气候与二氧化碳分压发生解耦。数值模拟表明晚中新世异于现代的植被分布和地形构造等,很可能促成晚中新世全球温度的升高。但数值模拟很难充分模拟出晚中新世的升温幅度和模式。对晚中新世开展准确且高分辨率的二氧化碳分压重建是未来指标重建工作的重点,而植被反馈、云反馈、水蒸汽反馈和土壤性质是影响晚中新世暖室气候的主要因素,未来的数值模拟工作应朝这些方向推进。