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。

北半球大冰期南大洋南极带生产力演化及其与大气pCO_(2)的关联

大气CO_(2)分压(pCO_(2))的降低被认为是启动和发展北半球大冰期(NHG)的先决条件,然而丢失的CO_(2)以何种机制封存在哪个大洋并不明确.南大洋通过表层生产力和深部流通状况的调制可以解释0.8Ma以来大气pCO_(2)的冰期旋回,但不清楚类似机制是否贡献于NHG大气pCO_(2)的降低.利用国际大洋发现计划(IODP)374航次U1524A孔生源蛋白石和有机碳的钛标准化含量和质量堆积速率,重建了3.3~2.4Ma南极罗斯海的生产力演化.结果显示,南大洋南极带生产力呈现明显的阶段性演化特征和长期演化趋势:生产力在3.3~3.0Ma剧烈波动,在3.0~2.6Ma逐渐减小,在2.6~2.4Ma变化不大;总体呈现长期减小的趋势.进一步通过生产力与其潜在影响因素的对比,发现深部流通状况主控了生产力的阶段性演化和长期演化;海冰通过影响光照可能对3.3~3.0Ma的生产力产生影响,而风尘对生产力演化的影响甚微.生产力与大气pCO_(2)记录的对比,显示两者之间不存在耦合关联,表明南大洋南极带生产力不是NHG大气pCO_(2)降低的主要致因.该研究不支持南大洋南极带通过生产力对大气pCO_(2)施加影响,进而驱动NHG;为了揭示南大洋在NHG中的作用,进一步的研究应该聚焦到南极带深部流通状况对大气pCO_(2)的影响,并将类似研究拓展到亚南极带.