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《海洋试点国家实验室在北极冰盖扩张历史研究中取得重要进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2020-09-09

  • 北极高纬地区第四纪冰盖的扩张与衰退可以引发冰期/间冰期大幅度的全球海平面波动,并直接影响冰期/间冰期旋回中北大西洋/北太平洋深层水的生成与变化。前人研究表明，北冰洋受到包括北美和欧亚/西伯利亚冰盖在内的多期次冰川事件的影响，但是对这些冰川事件发生的时间、强弱程度等问题至今都未解决，尤其是对引发冰川事件的冰盖在不同地史时期是如何扩张和衰退的这一科学问题还存在较大争议。

    由于北冰洋深水区的沉积主要受海冰/冰山控制，所以冰筏碎屑（IRD）的来源可以用来揭示冰盖的扩张历史。在国家自然科学基金项目和鳌山科技创新计划项目的资助下，青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室主任、自然资源部第一海洋研究所石学法研究团队及其合作者通过研究北冰洋中部加拿大海盆沉积记录中IRD（63-2000μm）的Sr、Nd和Pb同位素组成，阐明了IRD的物质来源，揭示出中-晚更新世北极冰盖的扩张历史以及表层洋流的演化历史。

    研究人员系统收集了北冰洋周边陆地岩石、入海河流中的沉积物和悬浮体颗粒物以及北冰洋陆架和深水盆地表层沉积物和冰期沉积物的Sr、Nd、Pb同位素数据，形成了北极地区目前最为完整的一套同位素端元数据库作为研究对比基础。

    研究发现，冰期IRD中Sr、Nd同位素数据主要显示出两个端元组。大多数冰期/冰段（MIS2、MIS3、MIS5d、MIS8、MIS10、 MIS12和MIS14期）IRD具有低εNd值和高87Sr/86Sr比值的劳伦泰德冰盖侵蚀的北美地区物源特点，而MIS4和MIS6期IRD数据则具有高εNd值、低87Sr/86Sr比值和低207Pb/204Pb比值的特点，指示欧亚冰盖（EIS）侵蚀的西伯利亚火山岩省为其主要来源。两种模式分别反映了MIS4和MIS6期欧亚冰盖的扩张以及其他冰期/冰段（MIS2、MIS3、MIS5d、MIS8、MIS10、 MIS12和MIS14期）劳伦泰德冰盖的扩张。北极海冰/冰山的运输受风力驱动的表层洋流控制，其中驱动北美海冰/冰山来源的洋流模式与现今波弗特环流相似，来自加拿大北极群岛的沉积物被劳伦泰德冰盖侵蚀后，随冰盖断裂形成的冰山在北冰洋西部被洋流沿顺时针方向搬运。在MIS4和MIS6期，波弗特环流的影响范围则限于加拿大北极群岛附近的狭窄区域，与此同时，穿极流的影响范围变大。

    研究还发现，间冰期IRD显示出北美和西伯利亚的混合来源，主要是由海冰搬运，其中MIS 5e、MIS11和MIS13期同位素组成显示东西伯利亚/楚科奇海的海冰输运沉积物增加，这可能与该时期持续的北极变暖有关。

    报道该成果的研究论文近日在国际地学知名期刊Geochemistry,Geophysics,Geosystems（《地球化学、地球物理学、地球系统》）在线刊发，论文第一作者为海洋地质过程与环境功能实验室、自然资源部第一海洋研究所董林森博士，通讯作者为石学法研究员，俄亥俄州立大学的Leonid Polyak教授等为共同作者。

    论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2020GC009019

  • 原文来源：http://www.qnlm.ac/page?a=5&b=2&c=246&d=1&p=detail
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  • 《海洋试点国家实验室在印度洋海气相互作用研究取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2020-12-08
    • 正位相印度洋偶极子事件是指热带印度洋海温异常的东（负异常）西（正异常）向偶极子模态；通常从北半球夏季开始发展，并在秋季到达成熟期。印度洋偶极子通过大气遥相关可以影响东亚夏季季风系统，进而影响包括中国在内的东亚地区的降水。当正位相事件发生时，罗斯贝大气波列将印度洋发生的异常信号传输到南中国海，产生的异常反气旋将更多的水汽输送到中国大陆南部，进而产生了强降雨。由于在该事件发生期间印度洋热带对流区向西移动，导致澳大利亚降水减少，并形成干旱，高温热浪和森林大火等极端天气。譬如2019年秋冬季澳大利亚东南部发生的森林大火持续燃烧八个月，造成至少30人死亡，170000平方千米的土地被烧，3000多个建筑被损坏。而在东非地区则造成严重洪涝灾害。因此，全球变暖对该类事件的潜在影响一直都是该领域的前沿研究课题。然而，基于气候模式的研究结果表明模式中正位相印度洋偶极子事件对全球变暖的响应缺乏一致性。 近日，由海洋试点国家实验室南半球海洋研究中心主任蔡文炬院士领衔，中国科学院大气物理研究所黄刚教授团队、南半球海洋研究中心多位专家学者参与的研究团队在全球变暖对印度洋偶极子事件的影响研究领域取得重要进展，首次发现正位相印度洋偶极子强事件在全球变暖下表现为发生频率增加。 该研究发现印度洋偶极子不是一个简单的线性系统，正位相印度洋偶极子强事件和弱事件的发生基于不同的物理机制。为了能够更好地描述两类事件，该研究首次建立了代表强事件和弱事件的不同指数，并发现基于新指数的强事件和弱事件对未来气候变化的响应截然不同。全球变暖下，强事件发生概率增加，这是因为热带印度洋西部海温升温强于东部，导致对流区向西部移动，有利于赤道东风异常向西扩张，并激发对强事件有重要贡献的非线性过程；相反，弱事件发生频率会减少，这是因为未来印度洋低层大气升温速度高于表层，导致大气更加稳定，赤道印度洋纬向风变率减弱，消减了驱动弱事件的罗斯贝波。 上述研究成果为合理描述不同强度的正位相印度洋偶极子事件提供了符合动力学机制的全新指数，为理解印度洋偶极子对气候变化的响应提供了新的视角，对国际社会应对气候变化与制定响应政策具有重要意义。 国际顶级学术期刊Nature（《自然》）子刊Nature Climate Change（《自然气候变化》）2020年11月30日对上述创新成果进行了线上报道。研究进展的取得，也进一步彰显出海洋试点国家实验室在海洋与气候变化研究领域的重要国际影响力。 论文信息：Cai, W. et al. (2020) Opposite response of strong and moderate positive Indian Ocean Dipole to global warming, Nature Climate Change, doi:10.1038/s41558-020-00943-1 原文链接：https://www.nature.com/articles/s41558-020-00943-1
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  • 《青岛海洋科学与技术试点国家实验室于际民团队在碳循环研究取得重要进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2022-03-20
    • 作为巨大的碳储库，海洋对不同时间尺度的大气二氧化碳（CO2）变化起着至关重要的作用。尽管冰芯记录揭示了过去大气CO2多时间尺度波动，但是这些波动具体是受哪些海洋过程调控呢？这一问题至今尚未解决。2022年3月17日Nature Geoscience杂志以Article的形式在线发表了青岛海洋科学与技术试点国家实验室鳌山人才卓越科学家于际民研究员团队的最新研究成果“Millennial andcentennial CO2 release from the Southern Ocean during the lastdeglaciation”（Yu et al., 2022,Nature Geoscience, DOI: 10.1038/s41561-022-00910-9）, 该研究成果为回答这一前沿科学问题提供了重要线索。 由于海-气CO2交换发生在海洋表层，传统上大多数科学家利用生长在表层海洋的生物载体（如浮游有孔虫的钙质壳体和硅藻的蛋白石骨骼）来开发不同的指标用以研究碳循环。然而，依据这些指标所获得的数据信号存在诸多时、空差异，影响推测碳循环机制。例如，大多数有孔虫类和硅藻主要生长在春、夏两季，即便基于它们的研究表明某海域向大气释放CO2，也不能断言该海域是大气的一个碳源，因为在春、夏两季释放的CO2可能会在其它季节被海洋重新吸收。 与表层海洋相比，海洋内部水体（深海）可综合全年的海-气CO2交换信号，基本不受季节变化的影响。因此，在一定程度上，海洋内部水体可更好地反映大范围海域对大气CO2的影响。不过，海洋内部碳循环也受多个过程调节，并非所有过程都可直接反映海-气CO2交换信号。譬如，生物降解作用会增加深海中的碳含量，但是仅有一部分碳含量的增加与海-气CO2交换直接相关（即，碳从大气封存到了深海)，而其它部分的碳含量增加则是碳在海洋内部的空间转移（比如，碳从浅海被转移到深海）；显然，若为探索大气CO2变化机制，海-气交换部分的CO2是我们期望获得的信息。那么，如何从海洋内部海水数据提取有效的海-气CO2交换信号呢？这是碳循环研究中一个关键而极具挑战性的问题。 针对这一前沿科学问题，于际民研究员领衔的研究团队开发了一种全新的、可有效反映海-气CO2交换的示踪指标—DICas (详见Yu et al., 2019, Nature Communications)。利用这一新型示踪指标，并结合数值模拟，该研究团队详细揭示了末次冰消期海洋内部与大气之间的CO2交换过程。结果发现，在末次冰消期早期，海洋内部水体通过南大洋向大气释放了CO2。更有意义的是，该研究提出了一种新的机制来解释大约1.46万年前Bølling时期所呈现的百年尺度CO2快速上升：南极中层水的骤然扩张。与其它水体相比，南极中层水对大气CO2的封存效率较低，因此该水体的扩张会降低海洋对大气CO2的封存能力，从而导致大气CO2上升。这表明，海洋内部水体的大气CO2封存能力与洋流循环密切相关。 海洋碳循环是一个复杂、重要的研究课题。为更准确的预测未来大气CO2变化，我们亟需深入理解全球碳循环、营养物质循环及其与温盐环流的耦合机制，而研究地球的气候历史是提升对碳循环-气候体系机制性理解的一个重要渠道。 上述这项工作得到了国家自然科学基金委和澳大利亚研究理事会的经费支持，由来自青岛海洋科学与技术试点国家实验室、澳大利亚国立大学、伍兹霍尔研究所、中国科学院、新南威尔士大学、康涅狄格大学等单位的科学家组成的国际团队合作完成。
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