海冰变化在中更新世转型事件所扮演之角色

The energy budget available to the Earth’s climate system depends critically on the distribution and coverage of sea ice, especially in the high latitudes. Detailed understanding of the interactions among sea ice, atmosphere, and ocean circulation is therefore crucial to our understanding of spatio-temporal sea ice dynamics. The Middle Pleistocene Transition (MPT, 1.2-0.6 million years ago, Ma) is an ongoing debate case about how the small amount of insolation changes triggered the major glacial/interglacial periodicities changes and global ice volume increasing. The role of sea ice during MPT only has been addressed by theoretical model with limited data support. The Okhotsk Sea is the southernmost region of seasonal sea ice formation in the Northern Hemisphere, which makes it highly sensitive to subtle climatic perturbations.. Here, we propose to use multiple inorganic-organic geochemical techniques in tandem to reconstruct past sea ice conditions and sea surface and intermediate water conditions in the Okhotsk Sea for the past 1.56 Ma. Combining high-resolution XRF scanning and organic biomarker proxy (IP25) measurements allow me to disentangle how sea ice responds to variations of external and internal boundary conditions through time. The resulting high-resolution multi-proxy reconstructions from the Okhotsk Sea fully capture the MPT, allowing us to uncover the role that the subarctic Pacific played during this major global climate event.

高纬度海冰的分布对于地球气候系统的能量分配非常重要，但目前对于轨道时间尺度上海冰分布与大气-海洋循环之间的内在联系知之甚少。中更新世转型时期地球气候系统经历了一个重大的转折，由高频小震幅的冰期/间冰期波动转变成为相对低频震幅度更大的的冷暖更替。此转折的机制被认为与北半球的海冰分布变化有密切关系，但缺乏可信的海冰纪录可以佐证。鄂霍次克海是太平洋重要的边缘海，也是北半球海冰分布最南端的区域，是研究海洋分布与气候变化内在联系的最理想区域之一。本研究拟对取自该区域的沉积物岩芯利用综合地球化学手段，利用高分辨率的X萤光扫描与沉积物元素分析、IP25等生物标志物指标，重建过去156万年来海冰分布的变化记录，探讨中更新世转型时期鄂霍次克海的海冰变化特征及对于全球气候变化的响应。本研究将首次获得鄂霍次克海冰演变的完整纪录，对揭示副极区海冰在全球气候系统所扮演的角色将发挥重要作用。

鄂霍次克海为北半球季节性海冰分布的最南缘，冬季低温与广泛的大陆棚分布使得鄂霍次克海成为北太平洋主要的中层水产区，中更新世变迁事件成因机制在过去10年来讨论方兴未艾，北太平洋海冰成为主要焦点之一，却因本区域缺少连续完整岩芯材料导致我们对于气候系统中重要的一块知知甚微。本研究利用中部鄂霍次克海MD01-2414岩芯，进行多种类生物标志物（TEX86, Uk37, IP25, sterols, δDC37等）、矽藻放射虫生物群落、磁性矿物、XRF扫描等方法重建过去155万年以来鄂霍次克海地区海水表面温度，生物生产力，陆地沉积物供应，邻近区域植被变化以及中层水含氧量研究。结果显示在超级间冰期海洋氧同位素阶MIS 31结束后，鄂霍次克海中层水产率不断上升至大约80万年，于此同时夏季海水温度虽然仍能维持至10oC，但是秋冬季不断降温，显示季节性差异扩大的海冰分布，同时间中层水含氧量上升，但伴随着海冰季节降温，邻近陆地的森林复盖亦逐渐下降。本研究提出北太平洋海冰在中更新世变迁中可能扮演重要调控角色，一方面逐步累积复盖区域以及增强中层水产出，另一方面可能导致渐进的二氧化碳封存使得地球的气候系统进入关键阀值导致全球平均冰川体积扩张，进一步使得冰期间冰期周期由较为线性主导的4万年周期进入非线性主导的锯齿状10万年周期。