海洋所研究揭示18000年以來(lái)風(fēng)驅(qū)沿岸流控制北印度洋邊緣海物質(zhì)交換
近日,國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Environmental Research Letters在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所萬(wàn)世明課題組、王凡課題組及法國(guó)巴黎薩克雷大學(xué)、法國(guó)氣候與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室、英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院等單位合作的最新研究成果。研究團(tuán)隊(duì)利用北印度洋邊緣海海洋沉積巖心重建了18000年以來(lái)孟加拉灣和阿拉伯海的沉積物交換歷史,結(jié)合同時(shí)期印度夏季風(fēng)等記錄及古氣候模擬研究,提出了大氣環(huán)流模式變化(尤其是冬季風(fēng))通過(guò)印度沿岸流促進(jìn)孟加拉灣和阿拉伯海物質(zhì)交換的新認(rèn)識(shí)。
孟加拉灣和阿拉伯海是北印度洋最大的兩個(gè)邊緣海,由于南亞大陸的隔絕作用,二者之間的物質(zhì)交換只能通過(guò)印度沿岸流進(jìn)行。因此,重建印度沿岸流演化對(duì)于理解北印度洋邊緣海物質(zhì)混合、探討理化性質(zhì)演變等具有重要意義。然而,目前關(guān)于印度沿岸流演化僅有少量現(xiàn)代觀測(cè)結(jié)果,印度沿岸流在更長(zhǎng)時(shí)間尺度上如何演化仍不清楚。此外,現(xiàn)代觀測(cè)結(jié)果表明印度沿岸流的流向和流速受到印度夏季風(fēng)、印度洋偶極子(IOD)和熱帶輻合帶(ITCZ)的調(diào)控。在更長(zhǎng)時(shí)間尺度上,印度沿岸流受何種因素調(diào)控、與現(xiàn)代演化過(guò)程有何異同等問(wèn)題仍不清楚,需要結(jié)合古記錄和古氣候模擬研究進(jìn)一步查明。

圖1 巖芯位置和不同季節(jié)海平面氣壓及風(fēng)場(chǎng)
基于以上研究背景,研究團(tuán)隊(duì)選擇南亞大陸南端MD77-191站位的沉積巖心為研究對(duì)象(圖1)。首先,通過(guò)綜合的物源分析得出巖心沉積物主要來(lái)自孟加拉灣和阿拉伯海(圖2)。其次,結(jié)合現(xiàn)代觀測(cè)及黏土礦物記錄和古氣候曲線對(duì)比結(jié)果(圖3)。作者認(rèn)為在暖期,盛行夏季風(fēng)增強(qiáng)了由阿拉伯海流向孟加拉灣的沿岸流(圖1中黑色虛線),帶來(lái)較多的蒙脫石;在冷期,盛行冬季風(fēng)增強(qiáng)了由孟加拉灣流向阿拉伯海的沿岸流(圖1中白色實(shí)線),帶來(lái)較多的伊利石和綠泥石。最后,研究團(tuán)隊(duì)利用瞬變氣候模型TraCE-21分別模擬了冷期和暖期的表層風(fēng)和海平面氣壓異常(圖4),結(jié)果表明氣候的冷/暖轉(zhuǎn)型伴隨著冬季大氣環(huán)流模式的明顯變化。因此,作者認(rèn)為冬季風(fēng)可能對(duì)過(guò)去印度沿岸流的強(qiáng)度和流向產(chǎn)生了重要影響。

圖2 沉積物來(lái)源判別
值得注意的是,研究巖心黏土礦物的比值與印度洋偶極子變化在過(guò)去1萬(wàn)年以來(lái)具有很好的相關(guān)性(圖3),表現(xiàn)為印度洋偶極子正相位時(shí)段對(duì)應(yīng)了更多來(lái)自阿拉伯海的蒙脫石。這表明印度洋偶極子相位變化對(duì)印度沿岸流演化具有重要的控制作用。最新研究發(fā)現(xiàn),在全球氣候變暖背景下,印度洋偶極子的正位相發(fā)生頻率明顯增加?;诒狙芯拷Y(jié)果,作者認(rèn)為印度洋偶極子正位相頻發(fā)的現(xiàn)象可能會(huì)減少由孟加拉灣流向阿拉伯海的低鹽水,進(jìn)一步加劇兩個(gè)邊緣海盆之間的鹽度等理化性質(zhì)差異。

圖3 黏土礦物記錄與古氣候指標(biāo)對(duì)比

圖4 瞬變氣候模型TraCE-21模擬的冷/暖期風(fēng)和海平面氣壓異常
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所碩士研究生康曉瑩,通訊作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所于兆杰副研究員和宋麗娜副研究員。本研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、山東省自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金等項(xiàng)目支持。
論文鏈接:https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ad5bf4
論文信息:Xiaoying Kang, Zhaojie Yu*, Lina Song*, Christophe Colin, David J. Wilson, Zehua Song, Bai Su, Xiaojie Tang, Fengming Chang, Franck Bassinot, Shiming Wan, 2024. Wind-driven sediment exchange between the Indian marginal seas over the last 18,000 years. Environmental Research Letters.?https://doi.org/10.1088/1748-9326/ad5bf4
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