我國學者揭示次冰消期大洋環流演化和CO2濃度變化機制

　　近日，國際地學刊物Earth and Planetary Science Letters 在線發表了中國科學院海洋研究所副研究員于兆杰（第一作者/通訊作者）、研究員萬世明與法國巴黎第十一大學、法國國家氣候研究中心以及法國巴黎索邦大學地球物理研究所的最新合作研究成果。該研究利用高分辨率的海洋有孔蟲Nd同位素重建了末次冰消期以來北印度洋中層水團混合的歷史，發現末次冰消期南極中層水（AAIW）強烈北向入侵印度洋與南大洋通風增強和大氣CO2濃度升高相互耦合。

孟加拉灣現代海水站位中稀土富集（MREE/MREE*）分布。圖a示表層水樣MREE/MREE*與鹽度之間的良好對應關系；圖b示孟加拉灣海水樣品MREE/MREE*隨深度增加而減小的趨勢以及潛在物源水團的MREE/MREE*值；圖c示從河口到遠海、表層到深層中稀土富集的程度隨河流影響力的減弱而逐漸減弱（Yu Zhaojie et al., 2017, G-cubed）

　　大氣CO2濃度變化貫穿整個晚第四紀地球氣候演化歷史，被認為是調控地球氣候自古至今演化的重要因素之一。在全球變暖的大背景下，古氣候研究中揭示的大洋環流演化和大氣CO2濃度變化的歷史和規律對未來人類應當如何應對大氣CO2濃度短時間內的急劇升高具有重要的參考意義。末次冰消期（從距今19到10千年前）是最后一個冰期-間冰期旋回交替的關鍵階段，該時期大氣CO2濃度分兩個階段從180 ppmv上升到265 ppmv，但是放射性碳的含量卻下降了約35%。因此，揭示末次冰消期大洋環流演化和大氣CO2濃度變化機制是理解地球氣候演化機制的重要突破口。

　　基于以上國際熱點問題研究需要，于兆杰、萬世明與法國巴黎第十一大學、法國國家氣候研究中心以及法國巴黎索邦大學地球物理研究所的多位科學家合作，在北印度洋以稀土元素（REE）和放射性同位素示蹤（Nd同位素和Δ14C）為主要手段開展相應研究。該合作研究首先測試了現代海水樣品，為重建末次冰消期的水團混合提供背景支持，并于2017年取得新進展，發表了兩篇國際SCI文章（Yu Zhaojie et al., 2017, EPSL； Yu Zhaojie et al., 2017, G-cubed）。利用法國ANR-MONOPOL計劃資助的印度洋MD12航次取得的海水樣品，經過細致的超凈實驗室分析和MC ICP-MS測試，首次獲得了高空間分辨率的溶解態稀土元素分布并計算了喜馬拉雅地區在夏季風盛行期通過河流輸入對全球溶解態REE的貢獻（9%左右）。研究首次定量厘清了溶解態REE在孟加拉灣的層狀分布特征并否定了在孟加拉灣沉積物間隙水作為主要溶解態REE來源的假說；在國際上首次發現海水溶解態的Nd同位素可以在季節尺度上發生擺動，改變了國際地球化學界對現代海洋Nd元素循環的原有認識并為后續利用碳酸鹽相Nd同位素追蹤過去洋流演化和陸源物質輸入提供了新證據。

　　在上述研究結果基礎上，研究團隊進一步選取了北印度洋中層水深的沉積物鉆孔，通過分析有孔蟲Nd同位素和REE組成來追蹤末次冰消期南極中層水（AAIW）可能的北向入侵特征。研究首次發現AAIW 在Heinrich Stadial 1和Younger Dryas均表現出強烈的北向入侵印度洋的特征，該AAIW入侵與此時南大洋通風增強和大氣CO2濃度的急劇升高緊密相連，原因是末次冰消期南大洋溫度升高，冰蓋撤退，增強的西風驅動上升流增強，導致儲存在底層水中的大量CO2被釋放到大氣中，導致大氣CO2濃度急劇升高，這也是首次在北印度洋發現了末次冰消期大洋環流演化與大氣CO2濃度變化具有緊密聯系，研究成果以Antarctic Intermediate Water penetration into the Northern Indian Ocean during the last deglaciation 為題在線發表于國際地學刊物Earth and Planetary Science Letters上。

　　該項研究得到了海洋所“優秀青年”啟動基金、國家優秀青年科學基金、青島海洋科學與技術國家實驗室“鰲山人才”計劃項目支持。

溶解態的Nd濃度和同位素組成的季節變化（夏季風開始前的六月份對比夏季風結束之后的十一月份）（Yu Zhaojie et al., 2017, EPSL）

末次冰消期Nd同位素和Δ14C追蹤的全球大洋洋流演化及其與大氣CO2濃度變化之間的聯系（Yu Zhaojie et al., 2018, EPSL）