东南极维多利亚地难言岛过去3000年气候环境变化及其对企鹅古生态演化过程的影响

Studying the climatic and environmental changes in Antarctica is critical for us to understand the mechanism of global climate change and its regional response. We have studied ornithogenic sediments in Ross Island of South Victoria Land in an attempt to reconstruct the evolution history of penguin paleoecology in this area. However, the knowledge on terrestrial climate change is still very limited. In this project, we propose to carry out a comprehensive field investigation in the typical ice-free areas of North Victoria Land, in particular the Inexpressible Island, and to synthetically compare and utilize multiple proxies extracted from the lacustrine or pond sediment profiles for paleoclimatic and plaeoecological changes. The combination of field work and laboratory analyses allows us to reconstruct the climatic and environmental changes at Inexpressible Island and the evolution history of penguin paleoecology in the past 3000 years, to characterize the climatic and environmental changes in regional scale since the late Holocene, as well as to evaluate the impacts of climate change on the temporal and spatial evolutions of penguin paleoecology at Inexpressible Island. Further studies will be carried out to investigate the latitudinal variation in the Victoria Land from north to south. This will reflect the general rules of climate change in the whole Victoria Land and its regional variability during the late Holocene, and it will also reveal the latitudinal variation of evolution of penguin paleoecology in addition to its relationship with paleoclimate change. The research results will greatly improve our understanding of paleoclimatic and environmental change in Victoria Land, as well as provide valuable data and technical support for the set up of a potential new Chinese scientific research station in the Victoria Land.

研究南极气候环境变化对于理解全球气候变化机制及其区域响应具有重要意义。前期我们主要对南维多利亚地罗斯岛等地的生物粪土层开展了研究，恢复了企鹅古生态演化过程，但对陆地环境的气候变化历史认识还非常有限。本项目拟在对北维多利亚地典型无冰区特别是难言岛进行详细野外调查的基础上，以湖泊沉积剖面为主要载体，综合对比和应用多个具有气候和生态环境意义的代用指标，重建过去3000年难言岛气候环境变化和企鹅古生态演化历史，揭示研究区晚全新世以来气候环境变化的基本特征，查明气候变化对难言岛企鹅古生态时空演化过程的影响，进而开展南北维多利亚地纬向上的空间对比研究，揭示维多利亚地晚全新世气候环境变化的一般规律和区域差异，探明企鹅古生态在纬向上的演替过程及其与气候变化之间的关联。研究成果将极大地扩展我们对维多利亚地气候环境变化规律的认识，也为我国在维多利亚地可能建立的新科学考察站提供有价值的数据资料和科技支撑。

目前有关罗斯海维多利亚地无冰区气候和生态环境变化记录相对缺乏，特别是罗斯海历史时期气候变化对企鹅古生态演化的影响机制还需更深入的研究。在前期对维多利亚地开展多次野外调查的基础上，重点选择湖泊沉积剖面作为主要研究载体，并结合一些现代环境样品和生物残体分析，室内测定了基本理化参数、无机元素、沉积色素、碳氮同位素和有机生物标志物及其单体碳、氢同位素等指标，在对这些指标所具有的环境意义进行深入讨论的基础上，利用多替代性指标和数理统计分析技术，重建了难言岛晚全新世古气候和古生态环境变化记录，并通过对比研究南北维多利亚地典型地区企鹅古生态演化过程，探讨了罗斯海无冰区气候变化对企鹅古生态演化过程的影响。选取了难言岛四个不同类型的湖泊沉积剖面，依据不同沉积有机质来源对AMS14C定年结果进行合理校正，建立了准确可靠的年代学框架，揭示出难言岛晚全新世气候变化中存在相对较暖的中世纪气候异常期（MCA）和较冷的小冰期（LIA），发现在约1400-700 a BP期间企鹅种群数量总体较多，湖泊沉积物中的磷埋藏显著增加。利用广义加性模型（GAMs）定量评估了气候变化和企鹅带来的营养成分对湖泊初级生产力的影响。有机生物标志物及单体碳和氢同位素研究结果表明，难言岛藻类来源的沉积物中长链烷基脂类主要来源于异养代谢类型的微生物，沉积剖面中脂肪酸δ13C值可以用于重建历史时期湖泊初级生产力变化，而生物粪土沉积层中C16和C26脂肪酸δ13C值可以指示企鹅和海豹种群数量变化。对比南北维多利亚地研究结果，发现罗斯海蒲福岛阿德利企鹅种群数量过去350年总体上呈现出波动性增长趋势，罗斯海罗伊兹角的阿德利企鹅在1820-1830年重新登陆该无冰区后数量总体保持平稳中有所下降的趋势，企鹅古生态演化过程与历史时期大气海洋环流以及气温和海冰面积变化关系密切。相关结果为研究和预测南极生态环境在未来全球气候变化下的区域响应提供了依据，同时也为我国在罗斯海难言岛新建立的科学考察站提供了大量有价值的科学资料。