海洋所在早新生代南半球西風(fēng)帶演化機制方面獲新進展
近日,國際地學(xué)自然指數(shù)(Nature Index)期刊《地球物理研究快報》(Geophysical Research Letters)發(fā)表了中國科學(xué)院海洋研究所常鳳鳴研究組與自然資源部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局、法國海洋開發(fā)研究院、德國美因茨大學(xué)、同濟大學(xué)、自然資源部青島海洋地質(zhì)研究所和自然資源部第一海洋研究所合作的最新研究成果“Meridional Shifts of the Southern Hemisphere Westerlies During the Early Cenozoic”。
新生代早期(~65-34 Ma)作為顯生宙以來溫室效應(yīng)最接近于未來氣候預(yù)測值的階段之一,對于理解全球變暖趨勢下地球系統(tǒng)的反饋作用具有重要意義。位于中緯度地區(qū)的西風(fēng)帶,是全球氣候系統(tǒng)的重要組成部分,在調(diào)控區(qū)域及全球氣候變化方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。然而,已有關(guān)于南半球西風(fēng)帶演化歷史的研究多集中在晚第四紀以來,其在更長時間尺度上的演化特征,尤其是對早新生代暖室期氣候變化的響應(yīng)仍知之甚少。
研究人員以國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃(IODP)369航次在東南印度洋曼達岬海盆鉆取的U1514站位巖心沉積物為研究對象(圖1),該區(qū)域在早新生代位于中-高緯度地區(qū)(~55°S),且地處南半球西風(fēng)帶南部邊緣,從而為探究其潛在大陸源區(qū)的古氣候演化歷史及其與西風(fēng)帶間的耦合關(guān)系提供了絕佳研究材料。
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圖1 IODP U1514站位及西風(fēng)帶的現(xiàn)代地理位置分布圖
研究人員綜合利用粘土粒級(<2 μm)碎屑態(tài)組分的Nd-Hf同位素、常微量元素及粘土礦物組成等指標,系統(tǒng)重建了中-晚古新世至早始新世(62-51 Ma)期間大陸源區(qū)(即西南澳大利亞)的水文氣候演化歷史。降水相關(guān)指標一致揭示出,中-晚古新世(~62-56 Ma)的氣候總體穩(wěn)定,而早始新世(~55-51 Ma)階段的濕度則逐漸增加,且在這一長期演化趨勢上又疊加了兩次快速變化過程:中古新世生物事件(MPBE)和古新世-始新世極熱事件(PETM;圖2)。通過對比其他站位已發(fā)表的古氣候記錄,本研究認為早始新世以來南半球西風(fēng)帶逐漸向極地方向移動,這主要與全球變暖條件下赤道-極地間溫度梯度的顯著降低有關(guān),其中在PETM期間的變化尤為顯著。此外,中-晚古新世南極洲橫貫山脈短暫性的冰蓋發(fā)育很可能驅(qū)動了MPBE期間南半球西風(fēng)帶的北向移動。本研究對深入認識未來全球變暖不斷加劇背景下大氣環(huán)流的響應(yīng)具有重要啟示。

圖2 a-f為62-51 Ma期間U1514站位及其他站位古氣候指標間對比;g為中-晚古新世(~59 Ma)及晚古新世-早始新世(~55 Ma)階段南半球西風(fēng)帶位置變化示意圖
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士畢業(yè)生陳紅瑾(現(xiàn)工作于自然資源部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局),通訊作者為中國科學(xué)院海洋研究所徐兆凱研究員。研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局局長科研基金和法國國家科研署項目的支持。
論文信息與鏈接:
Hongjin Chen, Zhaokai Xu, Germain Bayon, Qingchao Fan, Philip A. E. Pogge von Strandmann, Wei Wang, Tianqi Sun, Tiegang Li. Meridional shifts of the Southern Hemisphere westerlies during the early Cenozoic. Geophysical Research Letters, 2024, 51: e2024GL110182, https://doi.org/10.1029/2024GL110182.
作者:徐兆凱,陳紅瑾
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