海洋所在動(dòng)力地形及長周期海平面變化研究中取得新進(jìn)展
近日,國際學(xué)術(shù)期刊《Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》發(fā)表了題為“Long-term global sea-level change due to dynamic topography since 410 Ma”的文章,報(bào)道了中國科學(xué)院海洋研究所關(guān)于地幔對(duì)流引起的地球表面動(dòng)力地形及其對(duì)全球平均海平面變化的影響方面的最新研究成果。
海平面是地球表面的一個(gè)基本的邊界,其將氣候、水文、板塊構(gòu)造以及地幔對(duì)流等地球上的系統(tǒng)聯(lián)系起來。長周期的全球平均海平面變化主要由海底年齡變化、動(dòng)力地形、海洋面積、海底沉積和海水體積等的變化引起,其中海底年齡和動(dòng)力地形的影響被認(rèn)為對(duì)海平面的變化起主要作用。本研究通過建立隨時(shí)間演化的地幔對(duì)流模型,構(gòu)建了410個(gè)百萬年以來的全球動(dòng)力地形的演化,并計(jì)算了其對(duì)全球平均海平面變化的影響,結(jié)合板塊重建模型推演的海底年齡演化,研究了動(dòng)力地形和海底年齡在最近的Pangea超級(jí)大陸周期中引起的全球海平面變化。
動(dòng)力地形是地幔對(duì)流引起的地球表面的垂向地形起伏,其長波長的幅值為1千米左右。Yang和Yang (2021) 研究了地幔對(duì)流的模型參數(shù)對(duì)計(jì)算的現(xiàn)今動(dòng)力地形的影響,模型計(jì)算的結(jié)果與現(xiàn)今地球上的一些觀測(cè)基本一致,包括殘余地形、下地幔結(jié)構(gòu)、板塊俯沖速率和地表熱流等。這里計(jì)算的動(dòng)力地形(圖1)的模型參數(shù)選用該文章中首選模型的參數(shù),并且計(jì)算動(dòng)力地形的時(shí)候需要考慮上地幔粘度的橫向不均勻的影響,表面邊界條件選用前人板塊重建研究得到的410個(gè)百萬年以來的全球表面板塊運(yùn)動(dòng)歷史。Williams等, (2021) 基于該板塊重建模型和一個(gè)新的海底年齡重構(gòu)模型,構(gòu)建了410個(gè)百萬年以來的全球海底年齡的演化。本研究基于其全球海底年齡模型以及海洋巖石圈的板塊冷卻模型,計(jì)算得到了全球海底地形的演化(圖1),進(jìn)而研究了動(dòng)力地形和海底年齡在410個(gè)百萬年以來對(duì)全球平均海平面變化的影響。
研究結(jié)果顯示現(xiàn)今的動(dòng)力地形作用導(dǎo)致了大約120米的全球平均海平面高度,這在410個(gè)百萬年以來是最大的(圖2)。全球的海平面變化主要是由海底年齡變化引起,動(dòng)力地形的影響相對(duì)較小。本研究給出的動(dòng)力地形和海底年齡變化共同作用導(dǎo)致的全球海平面變化與前人相關(guān)研究給出的410個(gè)百萬年以來的全球海平面變化基本一致。動(dòng)力地形和海底年齡對(duì)全球海平面變化的影響與最近的Pangea超級(jí)大陸周期相關(guān),它們導(dǎo)致在Pangea大陸分離和匯聚時(shí)海平面上升,在Pangea大陸穩(wěn)定和轉(zhuǎn)換階段海平面降低(圖2)。
論文的第一作者兼通訊作者為中國科學(xué)院海洋研究所楊安助理研究員。研究得到了國家自然科學(xué)基金和嶗山實(shí)驗(yàn)室科技創(chuàng)新項(xiàng)目的共同資助。
相關(guān)論文:
An Yang*, Long-term global sea-level change due to dynamic topography since 410 Ma, Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, Volume 191, 2023, 103944,(https://doi.org/10.1016/j.dsr.2022.103944)
An Yang*, Ting Yang, Controls on the present-day Earth’s dynamic topography predicted from mantle flow models since 410 Ma. Geophysical Journal International, 225(3):1637-1652, 2021(https://doi.org/10.1093/gji/ggab052)

圖1 本研究中的海底年齡(左列),海底地形(中間列)和地表動(dòng)力地形(右列)在410個(gè)百萬年以來的演化圖

圖2 研究得到的動(dòng)力地形(Coas-1)和海底年齡變化(W21-P)引起的全球海平面變化,以及動(dòng)力地形和海底年齡變化共同作用引起的全球海平面變化(A+D1)。HHS, H92, V17和Y22為前人研究得到的410個(gè)百萬年以來的全球海平面變化
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