晚第四纪以来热带西太平洋降水和风化过程演化

The tropical Western Pacific Ocean has a unique atmospheric and ocean circulation pattern that plays an important role in regulating global heat and water vapor balance. However, the history and mechanism of paleoclimatic evolution since the Late Quaternary in the region remains unclear, and the underlying cause is lacking of accurate long-term paleoclimatic records. The existing studies are more to track precipitation and weathering signals from ancient seawater records, but results obtained by different methods are not consistent. This study adopts a new way of thinking, focusing on the continental weathering process which is sensitive to the paleoclimatic evolution of the Western Pacific. We select two high-quality cores in the western Pacific, using sedimentology and geochemical methods to restrict the source of sediments, and reconstruct the millennial history of precipitation and weathering evolution in the Western Pacific since the Quaternary. We further compare the results of multi-index reconstruction, to explore the characteristics and control mechanism of paleoclimatic variation under the influence of solar radiation, ENSO and ITCZ, and to reveal its potential impact on rapid atmospheric CO2 changes. This study is expected to achieve systematic and innovative results in “source-to-sink” process and climate-weathering interactions in the Western Pacific, and to make an important contribution to predicting the response and potential feedback effects of low-latitude climate change on global warming.

热带西太平洋具有独特的大气和海洋环流格局，在调节全球热量和水汽平衡方面起到重要作用。然而，该地区晚第四纪以来古气候演化的历史和机制仍不清楚，其根本原因在于缺少准确的长期古气候记录。已有的工作多是从古海水记录追踪降水和风化信号，但不同方法得到的结果并不一致。本研究换一种思路，聚焦于对西太平洋古气候演变敏感的大陆风化过程，拟选取西太平洋两根高质量岩芯，采用沉积学和地球化学方法，制约其沉积物的物源，重建晚第四纪以来西太平洋千年时间尺度降水和风化过程演化的历史，并综合对比多指标重建结果，探讨太阳辐射、类ENSO和ITCZ等多因子共同影响下古气候变异特征和控制机制，并揭示其对快速大气CO2变化的潜在影响。本研究有望在西太平洋地区“源-汇”过程、气候-风化交互作用等方面取得系统性的创新性成果，并为预测低纬度气候变化对全球变暖的响应和潜在反馈影响做出重要贡献。

印度洋-太平洋暖池是全球海温最高的海域，被称作为全球“热引擎（heat engine）”，在气候系统中扮演着重要的角色。目前印太地区降水重建的替代记录多基于氢氧同位素或X射线荧光扫描的元素比率，但是这两种方法都有一些局限。东南亚岛屿独特的“高山短源”源-汇体系使得风化指标可避免海洋降水和水汽混合等过程的影响，提供可与传统指标交叉验证的独立记录。基于这一思路，我们利用暖池核心区的深海沉积岩芯，重建了跨越过去40000年的连续风化记录，时间分辨率首次达到80年。大陆风化记录主要受到降水和温度变化的影响，而4万年以来印太交汇区温度变化未出现明显的千年时间尺度波动，因此，认为重建的风化记录中千年时间尺度的波动主要受到局部降水强度变化的控制。而该区域降水强度的变化与印太暖池的大气深对流的强度演化直接相关。该结果也显示：4万年以来印太暖池的大气深对流演化与类ENSO系统和太平洋沃克环流强度变化非常一致。在此基础上，研究人员进一步总结了该地区多种指标重建的降水记录，并分析发现：在千年时间尺度上，印太交汇区西侧（东印度洋）主要受热带辐合带（ITCZ）迁移影响，降水呈反向分布，而东侧（西太平洋）降水则呈“三明治”结构分布，主要受到类ENSO系统的控制。以上古记录研究结果也在北大西洋融水单因子驱动的TraCE-21模型中得到很好的重现，表明北大西洋融水驱动可能是印太交汇区千年时间尺度差异性降水分布的诱因。本研究首次揭示了印太交汇区东西两侧降水的差异性分布特征，区分了ITCZ和ENSO系统在该地区的不同影响。该结果可为印太交汇区高分辨率的降水和暖池大气深对流模型提供边界框架和结果验证。