印度夏季季风(ISM)降雨是印度次大陆大部分地区淡水的主要来源,季风动力学和河流流量还深刻影响着整个北印度洋的海洋生态系统,而该地区的渔业资源与初级生产力密切相关。印度次大陆的沿海人口是地球上人口最密集、居民生计最脆弱的地区之一,主要依靠海洋蛋白质资源生存。因此,探究ISM变化及其对海洋生物地球化学循环的影响将如何响应全球变化对于评估整个南亚地区未来的粮食安全至关重要。
美国亚利桑那大学地球科学系K. Thirumalai团队联合其他单位科研人员,从古海洋学视角,探讨了过去约22,000年以来孟加拉湾夏季季风径流、海洋分层和海洋初级生产力之间的相互作用。重点研究从末次盛冰期到全新世的时段,这一时期代表了地质记录中最近一次全球持续增温期。利用国际大洋发现计划(IODP)U1446站点钻孔沉积物中的有孔虫测试,重建了孟加拉湾西北部季风径流和海洋生物地球化学变化。研究发现自末次盛冰期以来,印度夏季季风强度与孟加拉湾初级生产力之间存在非线性关系。
研究利用浮游有孔虫地球化学指标,重建IODP U1446站点的δ18Osw作为ISM径流替代指标。研究通过对三种按深度分层的浮游有孔虫:G. ruber、Trilobatus sacculifer和Neogloboquadrina dutertrei进行稳定同位素个体有孔虫分析(IFA),研究了U1446站点上层水体过去的季节变化。
IODP U1446站点的δ18O*sw记录表明,现代ISM径流强度处于过去22,000年里极端古季风状态的中间值。U1446站点的末次盛冰期δ18O*sw明显高于现代值(约0.45‰ VSMOW),对应径流季节性波动减弱约20%。δ18O*sw的最大值(~0.50 ‰)出现在Heinrich Stadial 1(HS1; 17-16 ka)期间,与现代相比减少了~50%。
通过对海表温度、印度夏季季风径流、海洋生产力和向上层海洋输送的营养物进行同时期重建,得到了自末次盛冰期以来孟加拉湾西北部季风与生物地球化学之间的联系。研究发现,在末次盛冰期,营养物输送和有机质输出通量均高于现代值,此时季风季节性减弱,海表温度比现在低约1.5°C,这与孟加拉湾的其他重建结果一致。这一发现与更长期的更新世研究结论相符:间冰期孟加拉湾的生产力低于冰期,因为较高的淡水通量通过分层限制了垂向混合,但需注意北印度洋各区域可能存在时空异质性。相比之下,在HS1期间,当ISM径流处于最低水平时,U1446站点的Globorotalia属种数量急剧下降,几乎消失,同时G. ruber的Cd/Ca和U/Ca值也降至最低。安达曼海SK168 35孔的记录也观察到了Globorotalia属种数量的减少,其后续趋势与U1446站点的观测结果相似。