海洋所研究揭示18000年以來風驅(qū)沿岸流控制北印度洋邊緣海物質(zhì)交換
近日,國際學術(shù)期刊Environmental Research Letters在線發(fā)表了中國科學院海洋研究所萬世明課題組、王凡課題組及法國巴黎薩克雷大學、法國氣候與環(huán)境實驗室、英國倫敦大學學院等單位合作的最新研究成果。研究團隊利用北印度洋邊緣海海洋沉積巖心重建了18000年以來孟加拉灣和阿拉伯海的沉積物交換歷史,結(jié)合同時期印度夏季風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)通過印度沿岸流促進孟加拉灣和阿拉伯海物質(zhì)交換的新認識。
孟加拉灣和阿拉伯海是北印度洋最大的兩個邊緣海,由于南亞大陸的隔絕作用,二者之間的物質(zhì)交換只能通過印度沿岸流進行。因此,重建印度沿岸流演化對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)代觀測結(jié)果,印度沿岸流在更長時間尺度上如何演化仍不清楚。此外,現(xiàn)代觀測結(jié)果表明印度沿岸流的流向和流速受到印度夏季風、印度洋偶極子(IOD)和熱帶輻合帶(ITCZ)的調(diào)控。在更長時間尺度上,印度沿岸流受何種因素調(diào)控、與現(xiàn)代演化過程有何異同等問題仍不清楚,需要結(jié)合古記錄和古氣候模擬研究進一步查明。

圖1 巖芯位置和不同季節(jié)海平面氣壓及風場
基于以上研究背景,研究團隊選擇南亞大陸南端MD77-191站位的沉積巖心為研究對象(圖1)。首先,通過綜合的物源分析得出巖心沉積物主要來自孟加拉灣和阿拉伯海(圖2)。其次,結(jié)合現(xiàn)代觀測及黏土礦物記錄和古氣候曲線對比結(jié)果(圖3)。作者認為在暖期,盛行夏季風增強了由阿拉伯海流向孟加拉灣的沿岸流(圖1中黑色虛線),帶來較多的蒙脫石;在冷期,盛行冬季風增強了由孟加拉灣流向阿拉伯海的沿岸流(圖1中白色實線),帶來較多的伊利石和綠泥石。最后,研究團隊利用瞬變氣候模型TraCE-21分別模擬了冷期和暖期的表層風和海平面氣壓異常(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,作者認為冬季風可能對過去印度沿岸流的強度和流向產(chǎn)生了重要影響。

圖2 沉積物來源判別
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去1萬年以來具有很好的相關(guān)性(圖3),表現(xiàn)為印度洋偶極子正相位時段對應(yīng)了更多來自阿拉伯海的蒙脫石。這表明印度洋偶極子相位變化對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。基于本研究結(jié)果,作者認為印度洋偶極子正位相頻發(fā)的現(xiàn)象可能會減少由孟加拉灣流向阿拉伯海的低鹽水,進一步加劇兩個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對比

圖4 瞬變氣候模型TraCE-21模擬的冷/暖期風和海平面氣壓異常
論文第一作者為中國科學院海洋研究所碩士研究生康曉瑩,通訊作者為中國科學院海洋研究所于兆杰副研究員和宋麗娜副研究員。本研究得到了中國科學院戰(zhàn)略先導專項、國家自然科學基金、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、山東省自然科學優(yōu)秀青年基金等項目支持。
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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