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新生代以来地球气候的天文年代记录及其可预测性
来源:青岛海洋试点国家实验室
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发布时间:2021-08-26

  对于新生代以来(66Ma)全球气候变化的认识主要来自于深海底栖有孔虫碳酸盐壳体的稳定同位素数据。深海底栖有孔虫的稳定碳同位素(δ13C)和氧同位素(δ18O)是记录地球碳循环、深海温度和海水组成长期变化的重要示踪指标。1975年,Shackleton和Kennett绘制了第一条新生代以来深海底栖有孔虫稳定同位素曲线,尽管时间分辨率较低,但是它揭示了地球气候系统由60-40Ma的暖期转变为10-5Ma的冷期。在过去的45年,科学家们已经建立了许多不同时间跨度的深海底栖有孔虫稳定同位素记录,使得我们对新生代气候变化有了更加详细的认识。这些深海同位素记录提供了自晚白垩世以来气候系统的长期演变趋势、周期性变化规律和瞬时事件的编年史,结果令人信服。然而即使是最新的底栖有孔虫碳、氧同位素数据也不能准确地记录1-100万年时间尺度上新生代气候变化的全部和详细特征。新生代以来,尤其是34Ma以来的底栖有孔虫碳、氧同位素数据的年龄模式和时间分辨率太低,其中还含有一些时间间断,这些缺陷阻碍了新生代气候动力学研究的进一步发展。
  为了解决上述问题,来自德国不来梅大学海洋环境科学中心的Thomas Westerhold及其研究团队基于“大洋钻探计划”(ODP)和“综合大洋钻探计划”(IODP)的14个岩心沉积物样品,建立了的一个新的、高分辨率的、具有天文年代的连续综合底栖有孔虫碳同位素、氧同位素记录(见图)。根据温室气体浓度和极地冰盖体积对天文强迫的不同响应,识别出了四种气候状态——温室、暖室、冷室和冰室。底栖有孔虫碳、氧同位素记录中非线性行为的统计学分析揭示了极地冰量在新生代气候动力学预测中的关键作用。该项成果于2020年9月11日在《科学》(Science)杂志上在线发表。