末次盛冰期以来南极罗斯海冰-海相互作用的硅藻稳定同位素制约

Ice shelf-sea water interactions are the most significant characteristics of high latitude climate process that is distinguished from the process of low latitudes. Studies on this subject are important for understanding the internal connections between different parts of the Antarctic climate system and their associations with global climate change. There are huge ice stream-ice shelf systems, strong formation fluxes of Antarctic Bottom Waters (AABW), high biological export production and active air/sea CO2 exchange rate in the Ross Sea region. These features make the Ross Sea region be an idea place for studying the Antarctic ice shelf-sea water interaction process. In the proposal, we choose core ANT31/JB06 and ANT33/A1-13, collected from the Ross Sea region during the 31st and 33rd Chinese Antarctic expedition onboard R/V Xuelong, as our study materials. We plan to measure the oxygen, carbon and nitrogen isotope compositions of sedimentary diatoms in the two cores. In combination with some other supportive sedimentary and elemental geochemical measurements, we intend to reconstruct the histories of the iceberg calving and ice shelf melting, temporal variations of the local export production, intrusion of Modified Circumpolar Deep Waters, air/sea CO2 exchange and formation of AABW, and analyze the interactions of the above in the geological past. The implementation of this study will improve our knowledge on how the different parts of the Antarctic system connected with each other and the role of the Antarctic region in global climate changes, thereby providing meaningful boundary conditions for numerical simulations on the future climate evolution patterns.

冰架与海水的相互作用是高纬气候过程相对于低纬气候过程的主要特点。研究南极冰-海相互作用过程是理解南极气候系统内部运行模式及其与全球气候变化关系的切入点之一。罗斯海地区拥有巨大的冰流-冰架体系、强劲的南极底层水生成速率、较高的输出生产力和活跃的海/气CO2交换通量，是研究南极冰-海相互作用的理想场地。本项目拟选用中国南极考察期间在罗斯海采集的两个岩芯ANT31/JB06和ANT33/A1-13为研究对象，重点对其沉积物中所含硅藻的氧、碳、氮同位素组成记录进行研究，同时辅以多项沉积学和元素地球化学分析，在建立其高分辨率年龄框架的基础上，讨论LGM以来，千年尺度上，罗斯海冰山排泄和融冰水事件、生产力、绕极深层水入侵、海/气CO2交换以及南极底层水形成等过程的变化历史及相互关联。本项目的开展有助于认识南极系统内部过程与全球气候变化的关系，能为数值模拟预测未来气候演化模式提供有价值的参考依据。

冰川—海洋相互作用过程是南极地区特征的水文过程。该过程对区域和全球海洋、气候都具有重要影响。本项目使用中国南极考察期间取得的一系列沉积物重力岩芯，对其进行高分辨率采样，分析包括硅藻稳定碳同位素在内的一系列沉积学、矿物学和地球化学指标，对其所记录的晚第四纪，特别是末次冰期以来冰川—海洋及其相互作用过程进行研究。我们使用AMS14C测年技术建立了岩芯的精确的地层—年代框架。使用粗组分及其岩矿组成得到了冰山崩塌事件序列。使用蛋白石、有机碳和XRF岩芯扫描的Br/Ti比得到了生产力变化趋势，并结合硅藻稳定碳同位素分析了绕极深层水上涌历史。使用激光粒度数据和XRF岩芯扫描的Zr/Rb比提取了当地底流强弱变化历史。同时，作为项目冰川—海洋相互作用主体的扩展，我们研究了南极普利滋湾一些重力岩芯的沉积学指标。得到的主要认识包括：1）XRF岩芯扫描得到的ln(Zr/Rb)比可以作为南大洋沉积物粒度变化的指标，反应可分选粉砂含量的相对变化，当存在底流分选时，可以作为底流相对强弱的指标。2）编写了一个基于MATLAB的实现沉积物激光粒度分布weibull分解的GUI程序。3）使用黏土矿物和筏冰碎屑记录对南极兰伯特冰川在晚第四纪的冰川动力学进行了研究，发现其消长主要受到海洋驱动控制，同时受到当地夏季太阳辐射以及地形水深等因素影响。4）使用因子分析方法对南大洋高纬度地区的沉积物岩芯的颜色反射率进行了研究，提取了反映Mn富集、针铁矿+褐铁矿、含水率等因子，为南大洋古海洋学研究提供了方便有效的研究指标。5）对末次冰期以来罗斯海西部JOIDES海槽内冰川后退历史进行了重建。冰川撤退与当地冰芯记录的温度记录相关，但又不同，海洋性驱动，特别是深层水上涌对冰川撤退有重要作用。本项目的研究成果丰富了我们对南极冰—海相互作用的认识，对于理解南极地区在全球海洋气候变化中的作用有科学意义。