末次冰消期南极中层水北向入侵印度洋的Nd同位素证据及其与大气CO2浓度变化的联系

To reveal the mechanism that controlling the glacial-interglacial variations of atmospheric carbon dioxide (CO2) concentration is one of hot topics in the paleoclimate research. The two-stage increases/decreases of atmospheric CO2/radiocarbon (14C) during the last deglaciation are thought to link with the enhanced Southern Ocean upwelling and rapid release of 14C-depleted CO2 sequestered in it. Such intensified Southern Ocean upwelling induces a strong production of Antarctic intermediate water (AAIW) and Subantarctic Mode Water (SAMW) that northward flows into the Northern Hemisphere oceans. However, the northward invasion scenario of Southern sourced intermediate water in the Indian Ocean and its interplay with global climate changes are still not clear. Here we use the REE and neodymium (Nd) isotopes of mixed planktonic foraminifera from core MD77-176 and MD77-191 located in the northern Indian Ocean to assess its deglacial intermediate water evolution history and sources. A global invasion synopsis of AAIW will be outlined combining with other studies of Δ14C and Nd isotopes in Pacific and Atlantic Oceans. Furthermore, the interactions of intensified Southern Ocean upwelling and AAIW northward invasion and their possible feedbacks in influencing the raise of atmospheric CO2 during the deglaciation will also be explored.

揭示大气CO2浓度在冰期-间冰期旋回上的变化机制是目前国际古气候研究的热点问题之一。目前主流观点认为，大气CO2浓度在末次冰消期经历的两次阶段式的升高跟南大洋通风增强和深层水蕴含的贫14C的CO2的快速释放有紧密联系。增强的南大洋通风过程会强化南极来源的南极中层水（AAIW）和南极模态水（SAMW）生成和北向入侵。然而，此南极来源的中层水北向入侵印度洋的关键证据和细节尚不清楚，其与全球气候变化之间的关键联系过程和机制仍少有报道。本研究旨在通过分析位于北印度洋的两根关键钻孔MD77-176和MD77-191的混合浮游有孔虫REE和Nd同位素比值来重建末次盛冰期以来的北印度洋中层水演化历史和主要来源，揭示末次冰消期南极中层水入侵北印度洋中层水的关键证据，探讨末次冰消期南极中层水北向入侵加剧和大气CO2浓度急剧升高的关键联系以及对当前全球变暖的启示。

揭示大气CO2浓度在冰期-间冰期旋回上的变化机制是目前国际古气候研究的热点问题之一。目前主流观点认为，大气CO2浓度在末次冰消期经历的两次阶段式的升高跟南大洋通风增强和深层水蕴含的贫14C的CO2的快速释放有紧密联系。增强的南大洋通风过程会强化南极来源的南极中层水（AAIW）和南极模态水（SAMW）生成和北向入侵。然而，此南极来源的中层水北向入侵印度洋的关键证据和细节尚不清楚，其与全球气候变化之间的关键联系过程和机制仍少有报道。本研究通过分析位于北印度洋的两根关键钻孔MD77-176和MD77-191的混合浮游有孔虫REE和Nd同位素比值重建了末次盛冰期以来的北印度洋中层水演化历史和主要来源，首次发现AAIW 在Heinrich Stadial 1和Younger Dryas均表现出强烈的北向入侵印度洋的特征，该AAIW入侵与此时南大洋通风增强和大气CO2浓度的急剧升高紧密相连，原因是由于末次冰消期南大洋温度升高，冰盖撤退，增强的西风驱动上升流增强，储存在底层水中的大量CO2被释放到大气中，导致大气CO2浓度急剧升高，这也是首次在北印度洋发现了末次冰消期大洋环流演化与大气CO2浓度变化具有紧密联系。在此基础上，我们采用了位于赤道印度洋地区MD77-191钻孔，分析了过去17000年以来分辨率为200年有孔虫Nd同位素记录，重建了大陆风化输入和大洋环流演化耦合作用下的海水Nd同位素记录。揭示了南北半球在冰消期和全新世转换时，耦合关系被打破的现象。具体是在Heinrich Stadial 1和Younger Dryas时，季风降水主导的风化输入减少，AAIW入侵增强，合力导致Nd同位素值偏正；而在早全新世，季风降水主导的风化输入增多，AAIW入侵依然很强，竞争导致Nd同位素值偏负的程度减弱。该结果对于理解千年时间尺度气候转型期，海洋与大气之间的耦合关系具有借鉴意义。