80万年来西太暖池汞同位素异常、火山活动与类ENSO过程的耦合关系研究

In recent years, great progress has been made in paleoceanography in the Western Pacific Warm Pool (WPWP). Currently, most of the research achievements focus on the internal factors of the ocean system. The WPWP is a large-scale atmospheric-oceanic system, and its change is the result of the interaction of internal and external factors. However, what are the effects of external factors (such as large-scale volcanic activity) on the maintenance of the glacial WPWP, SST changes and ENSO-like processes? And how will the evolution of WPWP affect the paleoclimate evolution in the middle and high latitudes areas? Meanwhile, how did the existence and evolution of large-scale volcanic activities play a role in the changes of some tropical atmospheric-oceanic systems during the glacial period? However, few studies have been conducted to explore the mechanism of stress from the perspective of external factors. Consequently, we will reconstruct the records of volcanic activities since 800kyr, and reveal the coupling relationship between the role of large-scale volcanoes and the environmental evolution in the WPWP area as well as the global paleoclimate change in the interglacial-glacial cycle. Then we will clarify the climatic effect of volcanic activity and the driving mechanism of climate change, and evaluate the contribution of the low latitude tropical sea area in the process of climate evolution.

近年来西太平洋暖池区的古海洋学研究取得了巨大进展，目前取得的研究成果大都侧重于海洋系统内部因子变化过程。而暖池是一个大尺度海气系统，其变化是系统内外因素共同作用的结果，但是外部因子(如大型火山活动)对冰期暖池的维持、SST变化幅度以及类ENSO式过程的发展有什么影响？受此影响的暖池演化又会对中高纬地区的古气候演化产生怎样的影响？同时在冰期大型火山活动的存在和演变在一些热带海-气系统变化中起到了怎样作用？这些从外部因子入手分析探讨其胁迫影响机制的研究却鲜有涉及。因此，本项目拟以西太平洋暖池区为研究区域，开展汞元素及其同位素的分析测试，重建80万年来火山活动记录，利用汞同位素精确识别、判断大型火山活动，分析研究大型火山活动历史，揭示冰期旋回中大型火山作用与“暖池”区环境演变及全球古气候变化之间的耦合关系，阐明火山活动的气候效应及气候变化驱动机制，并评价低纬热带海区在气候演变过程中的贡献。

火山也是地球内部与外部沟通的关键连接环节，其与地球系统其它组分之间的相互作用方式是独一无二的。通过U1486B孔的汞元素及同位素和锇同位素以及铀和硫同位素的沉积记录，重建近一百万年来的西太平洋古火山记录，并分析探讨火山活动与海洋氧化还原环境变化之间的关联机制。结果显示汞同位素的∆199Hg-MIF分馏差异较大，可以清晰表征中更新世转型期间火山活动导致的事件沉积，并且利用锇同位素交叉印证深海的火山活动沉积记录。火山活动导致碳酸盐中δ238UCarb和δ34SCAS发生明显负漂，这表明火山活动可能会引发海洋环境缺氧，并进而导致海洋生态系统变化。自60万年以来汞的非质量分馏∆199Hg明显正偏，并且∆200Hg也出现正偏现象。这表明火山活动释放的汞在大气输运过程中发生光致还原过程。同时基于奇数-偶数汞非质量分馏(∆199Hg和∆200Hg)特征，定量解析了热带西太平洋沉积物中汞的来源贡献，包括海洋自生来源、大气沉降和火山活动释放汞以及陆源汞输入。研究发现热带西太平洋沉积物中汞主要来源于海洋自生来源，并且海洋自生汞输入过程与暖池古生产力的变化相似，具有冰期-间冰期变化的特征。大气汞沉降来源持续增加，这与西太平洋的风尘沉降变化相一致。火山活动输入的汞持续减少，但是自十万年以来火山活动输入的汞贡献总体上增加了，这表明近十万年来西太平洋地区火山活动频繁。并且热带西太平洋沉积物中陆源汞输入与季风降水强度有关，总体呈上升趋势。.同时锌元素是海洋浮游生物生长和新陈代谢所必需的痕量营养元素，因此Zn同位素可做为示踪海洋沉积物Zn的生物地球化学循环过程的重要手段。本项目利用ODP807A孔中沉积碳酸盐的δ66Zn同位素，联合生产力指标Ba/Ti和不同种属的有孔虫δ13C差值，精确重建近55万年以来西太平洋暖池古生产力变化。结果显示西太平洋暖池古生产力呈现冰期-间冰期旋回变化，并且暖池古生产力与营养盐跃面深度波动变化密切，这表明类ENSO式变化导致的冰期-间冰期营养盐跃层深度波动是暖池古生产力变化的主要控制因素。