Long-term cycles in thecarbon reservoir of the Quaternary ocean: a perspective from the South China Sea

http://nsr.oxfordjournals.org/content/1/1/119.abstract   Hot!

         由同济大学汪品先院士作为第一作者和通讯作者撰写的综述文章 Long-termcycles  in the carbon reservoir of the Quaternary ocean: a perspective from the South China Sea（译名：从南海看第四纪大洋碳循环的长周期）已在National Science Review（NSR）2014年3月份的创刊号上发表。

第四纪古气候研究的重点在于冰期旋回，地球轨道的周期性变化引起了4万年到10万年的冰期/间冰期的交替。近年来随着深海和冰芯等研究的进展，第四纪高分辨率的记录延伸到了百万年的尺度，结果发现在冰期旋回之上叠加着更长的周期，因而即使在轨道参数相似的条件下，各个间冰期也可以有显著的不同。本篇综述，是在南海大洋钻探184航次发现碳同位素（d¹³C）长周期（>10⁵年）的基础上，论证在地球系统的水循环（冰盖变化）和碳循环（海洋生物地球化学变化）中，普遍存在这类长周期，而两者之间的相互联系，导致了第四纪气候环境变化的一系列重大事件。

   1999年南海大洋钻探184航次，发现最近百万年来的深海沉积有d¹³C的50万年左右的长周期，并且普遍存在于世界各大洋（图1），属于大洋碳储库的长期变化的反映。其实在早于160万年的大洋地层中，广泛存在着d ¹³C的40万年长偏心率周期，同时也呈现于碳酸盐保存和多种生物地球化学的记录之中，推测是偏心率调控下全球季风演变的反映。具体说，低纬轨道驱动的全球季风，控制着陆地向海洋输送营养物质的数量，改变了海洋中颗粒有机碳与溶解有机碳的比例（POC/DOC），进而引起d ¹³C的40万年周期变化。

图1： 160万年以来大洋碳储库变化的三大阶段。(A) 南海大洋钻探ODP 1143井碳同位素重值(δ¹³C_max)事件划分的三大阶段；(B) 亚热带南大西洋磁化率数据划分的三大阶段：10万年周期阶段、过渡期和4万年周期阶段；(c)地球轨道偏心率。

   到了距今160万年前，大洋环流发生重大改组，南大洋由于深层水与上层水体隔离，形成全球最大的海洋碳储库。从此以后，大洋碳储库不但受到低纬季风演变的影响，还要受到两极冰盖消长的控制，使得海洋d ¹³C记录中的40万年长周期“延长”到~50万年（图1）；反之，大洋碳储库的变化又会促使冰期旋回转型。近百万年来，地球气候冰期旋回经历了两次转型： 90万年前的“中更新世转型”（MPT），和40万年前的“中布容”事件（MBE），结果都是北极冰盖的变幅增大。而两次转型之前都是先有南极融冰事件，再有大洋碳储库的碳同位素重值期（d ¹³C_max-III和d ¹³C_max-II），然后才是北极冰盖变幅剧增，实现冰期旋回的转型（图2）。由此推测：第四纪以来北极冰盖消长转型的根源，或许还在于南大洋海流改组造成的大洋碳循环长周期变化（附表）。

图2：南海大洋钻探ODP 1143井记录的晚更新世重大事件。(A)底栖有孔虫氧同位素；(B)底栖有孔虫碳同位素；(C)小型颗石藻Gephyrocapsa丰度；(D)表层海水温度。红色方框指示两组事件： I为碳同位素重值期δ¹³C_maxIII与中更新世转型MPT，II为碳同位素重值期δ¹³C_maxII与“中布容”事件MBE。碳同位素重值期用黄色阴影标出，MPT和MBE用蓝色阴影标出。 

附表: 第四纪气候转型过程中的两组重要事件，发生顺序用深海氧同位素期次进行编号

原文详见National Science Review网站：

REVIEWS: GEOSCIENCES

PinXian Wang, QianYu Li, Jun Tian, ZhiMin Jian, ChuanLian Liu, Li Li and WenTao Ma

Long-term cycles in the carbon reservoir of the Quaternary ocean: a perspective from the South China Sea

Natl Sci Rev nwt001 first published online December 31, 2013

doi:10.1093/nsr/nwt028

(25 pages)

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