海洋所研究揭示南極冰蓋形成期全球變冷驅(qū)動了東亞夏季風減弱
近日,國際地學自然指數(shù)(Nature Index)期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth《地球物理研究雜志-固體地球》在線刊發(fā)了中國科學院海洋研究所萬世明研究團隊與南京大學、美國德州農(nóng)工大學合作的最新研究成果“Global cooling-driven summer monsoon weakening in South China across the Eocene-Oligocene transition”。研究人員基于南海北部始新世-漸新世沉積物中的磁性礦物特征研究,揭示了磁性礦物對氣候變化的響應過程,發(fā)現(xiàn)東亞夏季風在始新世-漸新世氣候轉(zhuǎn)型期間受到南極冰蓋形成和全球變冷的影響而發(fā)生了顯著減弱。
現(xiàn)代東亞大陸的氣候主要受到東亞季風系統(tǒng)的控制,研究東亞季風的長期演變歷史和驅(qū)動機制不僅可以更好理解地球系統(tǒng)多圈層相互作用的機理,而且對認識全球變暖背景下人類生存環(huán)境如何發(fā)展具有指示意義。早期研究揭示出東亞大陸氣候系統(tǒng)在大約2200萬年前經(jīng)歷了行星風系向季風風系的轉(zhuǎn)變,認為東亞季風起源于約2200萬年前,并且自該時間以來的東亞季風演變已有較深入的研究。不過,近些年來越來越多的證據(jù)顯示,在約4000~5000萬年前,東亞大陸氣候很可能就已受東亞季風系統(tǒng)控制了。然而,由于分布較廣并具有良好年代約束的連續(xù)沉積記錄的缺乏,我們對東亞季風的早期演變過程還不甚清楚。并且,始新世-漸新世之交,南極冰蓋開始形成,全球氣候整體變冷,地球從之前的“溫室狀態(tài)”進入了之后的“冰室狀態(tài)”。東亞季風的演化如何響應全球氣候的轉(zhuǎn)型或青藏高原的早期隆升,需要有精確年代約束的地質(zhì)記錄來相互對比和檢驗。

圖1 研究區(qū)位置及站位圖 (a)為現(xiàn)今的地理位置 (b)為3500萬年前的古地理圖
南海作為西太平洋區(qū)域最大的邊緣海,自形成以來接受了來自周邊地塊的巨量碎屑沉積,是重建源區(qū)古環(huán)境古氣候信息的良好載體。研究人員選取了國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃(IODP)368航次在南海北部U1501站位(圖1)鉆取的晚始新世至早漸新世沉積(440

圖2 沉積物的巖石磁學結(jié)果

圖3 沉積物中磁性礦物的形貌特征
結(jié)果(圖2和圖3)顯示,沉積物中主要的攜磁礦物為來自華南東南緣的碎屑(鈦)磁鐵礦。這些碎屑磁鐵礦為源區(qū)直接風化侵蝕形成的小顆粒磁鐵礦,隨后通過地表徑流及洋流輸送至海洋沉積區(qū)。因而,沉積物中這些碎屑磁鐵礦的含量和粒度受到地表侵蝕強度和徑流強度的影響。在東亞季風區(qū),夏季風主導了區(qū)域的降水,更強的夏季風可以造成更強的地表徑流和風化侵蝕,可以輸送更多并且更粗粒的碎屑磁鐵礦。因此,在始新世-漸新世轉(zhuǎn)型后的磁性礦物含量變低和粒度變細很可能指示了東亞夏季風強度的減弱(圖4)。此外,該站位赤鐵礦/針鐵礦的比值在始新世-漸新世轉(zhuǎn)型后也呈現(xiàn)了明顯降低(圖4)。已有研究揭示,赤鐵礦/針鐵礦比值在氣候暖濕的環(huán)境下較高,在冷干的環(huán)境下則較低。因此,本研究推測赤鐵礦/針鐵礦的比值降低指示了華南氣候在始新世-漸新世轉(zhuǎn)型后變得更加寒冷干燥。結(jié)合本站位巖芯已有化學風化、物理侵蝕和干濕變化等代用指標,同時綜合對比東亞大陸現(xiàn)有的古氣候記錄,共同揭示出東亞夏季風在經(jīng)過始新世-漸新世轉(zhuǎn)型后發(fā)生了明顯減弱,另外還發(fā)現(xiàn)夏季風強度在始新世-漸新世轉(zhuǎn)型前存在短暫的增強。

圖4 始新世-漸新世轉(zhuǎn)型前后期間東亞季風演化與全球氣候變化的對比
在構(gòu)造時間尺度,東亞夏季風長期演化的影響因素主要包括青藏高原的隆升、副特提斯海的后撤以及全球變冷。已有模擬研究表明,青藏高原隆升可通過動力和熱力效應-增強而不是減弱東亞夏季風,而副特提斯海向西撤退會減少西風水汽對東亞北方區(qū)域的影響,但是對華南區(qū)域影響較小。因此,始新世-漸新世氣候轉(zhuǎn)型期間東亞夏季風的減弱最可能是全球變冷所驅(qū)動。冰蓋擴展和全球變冷可通過多種過程(如降溫引起的大氣水汽含量降低、夏季海陸溫度梯度差異減小、海平面降低等)來減弱東亞夏季風環(huán)流強度。本研究為東亞季風區(qū)始新世-漸新世期間的水熱循環(huán)即溫度和降水的協(xié)同演變提供了關(guān)鍵證據(jù),同時也對更準確理解始新世-漸新世氣候轉(zhuǎn)型的區(qū)域響應過程具有重要價值。
論文的第一作者為中國科學院海洋研究所的
論文信息:
Jiao, W., Wan, S.*, Li, Y., Zhao, D., Liu, C., Jin, H., Li, M., Yu, Z., Zhang, J., Pei, W., & Li, A., 2023. Global cooling-driven summer monsoon weakening in
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